Design underverk i en marihøne
Evolution news: 2. juni 2017
(Oversatt herfra)

Bilde 1: Marihøne, av Gilles San Martin (Coccinella magnifica) [ CC BY-SA 2.0 ], via Wikimedia Commons.

Du tror kanskje forskere ville ha alle de vanlige skapninger utgreid nå. Likevel er det mer design i dine hage-innsekter og andre insekter enn noen kunne forestille seg.
Hvilket barn har ikke plukket opp en marihøne, .. og sitert barnerimet, " Maria fly-fly" i det hun så at den tok av i lufta? .. Uansett, folk liker marihøner på grunn av deres lyse røde farger og flekker, og det faktum at de spiser skadedyr. Nå, takket være disse favorittinsektene, har mer design-bevis kommet for dagen.

Som David Klinghoffer allerede bemerket kort -her, går kreditten til japanske forskere; Det som fem japanske forskere fant under deres "Undersøkelse av bakvinge-folding i marihøner ved kunstig dekkvinge transplantasjon og computer-assistert tomografi -her" vil være av interesse for alle. Artikkelen i 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (PNAS) presenterer design-trekk i disse vanlige, små flekkete billene som får robotingeniører til å stå opp og legge merke til det.

Sanne biller er medlemmer av ordren Coleoptera (dekk-vinger), som indikerer at deres flyvinger er beskyttet under harde skjold av kitin, kalt dekkvinger (elytra). De er egentlig ikke "ladybugs" som amerikanerne pleier å kalle dem, fordi de ikke er ekte 'bugs'-Hemiptera. På den annen side er de heller ikke fugler, slik at feilbenevnelsen er tilgivelig. Det som ble oppdaget i marihøner gjelder utvilsomt for mange andre flygende biller. Marihøner løfter deres dekkvinger, utfolder sine vinger og tar av. Vi har alle vært vitne til det, men hva skjer faktisk? Hvordan utfolder og lukker billen de delikate vingene? En video er verdt tusen ord: se hva som skjer i dette høyhastighets VIDEOKLIPPET -her, som er lagt inn på New Scientist -her:

Som vist i bildeteksten, bruker billen en innviklet metode for origami til å brette vingene i en Z-form for kompakt lagring under skjoldet. Siden det ikke er noen hengsler i membranene, popper det bare tilbake i sin form når dekkvingen løftes.
"De fant at fremtredende blodårer langs kanten av vingene gir krefter til å danne og brette vingene i en kompleks, origami-lignende form . En bøyning i vingen kan svinge ned i en vene når den blir brettet, men vingen er klar til å gå tilbake til en rigid form når dekkvingen åpnes.

Bilde 2. Begrunnelse for at (kompleks) origami ikke opptrer ved tilfeldighet

"Vingerammen har ingen hengsel," sa Saito. " Vanligvis krever transformerbare strukturer mange deler, inkludert ledd og stive deler. Marihøner bruker effektivt fleksibilitet og elastisk oppførsel i strukturen og oppnår komplekse transformasjon av svært enkle strukturer."
NASA må ofte utføre lignende manøvrer, for eksempel å utvide solpaneler ut fra brettet lagring. Unødvendig å si, bruker de ikke darwinistiske mekanismer til å gjøre det. Romfarts- ingeniører vil utvilsomt ta en god titt på den ydmyke marihønens ving-foldings mekanisme for å finne ut bedre måter til å få delikate deler å foldes ut og lukkes i rommet. Siden en marihøne kan leve fra to til tre år ( National Geographic -her), gjør den det riktig tusenvis av ganger!

Overraskende folder marihøna sine vinger etter at dekkvingen lukker seg. Dekkvingen må spille en rolle i sammenleggingsprosessen. For å se hva som foregikk, bygde forskerne en gjennomsiktig dekkvinge-erstatning av harpiks for å se på innsiden mens billen foldet sin vinge. Høyhastighets kameraer tillot å se prosessen i enestående detalj i sakte film.

Forfatterne la merke til at det de opplevde var en elegant løsning på et optimaliseringsproblem. Billen står overfor to konkurrerende begrensninger: stabilitet og deformbarhet. Folding krever sistnevnte, men flyvning krever det førstnevnte. Hva er det beste kompromisset?
"Denne studien demonstrerer hvordan marihønen adresserer disse to motstridende kravene ved en enestående teknikk, ved hjelp av kunstige vinger. Våre resultater , som avklarer den detaljerte vingefoldingsprosessen og avslører støttestrukturene , gir uunnværlig innledende kunnskap for å avsløre dette naturlig utviklede optimeringssystemet . Undersøkelse av egenskapene i nettverket av blodårer og kretsmønstrene som ble avslørt i denne studien, kunne gi en nyskapende designmetode som muliggjør integrasjon av strukturell stabilitet og deformbarhet, og dermed kunne ha en betydelig innvirkning på ingeniørfag."

Å, ja, E-ordet igjen. Det er et "naturlig utviklet optimaliseringssystem" som kan gi mennesker "en innovativ designmetode" til bruk for intelligent design. Ordet evolusjon roter til en ellers fascinerende artikkel med ubrukelig Darwinistisk-vidløftighet som aldri blir forklart:
"Marihøne-biller har lyktes med å løse disse to motstridende kravene, noe som resulterer i utviklingen av relativt tykke vener med anstendig styrkeegenskaper, samtidig som man oppnår tilstrekkelig kompakt vingefolding med to sammenleggbare linjer i lengderetningen av vingen.

Bilde 3. Mange insekter benyter optimaliserings-algoritmer

Den detaljerte vingefoldings-mekanismen som ble avslørt i den foreliggende studien, forventes å legge til rette for forståelse av optimaliseringsprosessen som har utviklet seg i løpet av evolusjonen."

Men det er det. Bare tre referanser til evolusjon. Design og ingeinørkunst fortjente sju referanser. Som vanlig er evolusjon tatt for gitt som designer. Referanse til "skapelses- myten for vår kultur", som Phillip Johnson kaller det, synes obligatorisk for vitenskapelige artikler, men de bidrar ikke til innholdet i vitenskapen.

Vi har diskutert optimalisering i vår liste over eksempler på Intelligent Design in Action -her. Stephen Meyer illustrerer prinsippet med en bærbar PC: å finne den "søte flekken" mellom vekt, energibehov, bærbarhet, lagring, kraft, varme og andre begrensninger. Optimalisering forklarer hvordan intelligent design strekker seg til det hele, ikke bare delene. En bærbar PC kan være designet med en 500-terabyte harddisk, for eksempel, men det ville ikke være i stand til å vare lenge, og den ville være mindre bærbar. Sammensetning av design som gir den beste generelle fordelen, er målet med optimalisering.

Bilde 4. Marihøne flyr

{Forslag: -oversetters anmerkning:} Se alle tre videoklippene i den åpne artikkelen, se på illustrasjonen i en NPR- artikkelen for å se hvor komplisert origamien er. Vingen gjør ca. ti foldinger for å oppnå sin tette stilling. Man ville tro at alle de foldingene ville svekke vingen, men billen løser det problemet også. ..

"Den største utfordringen for marihønen er at de må legge inn de to tverrgående foldelinjene (PTF og ATF) på fremre margin, som virker som hovedstøttestrukturen til bakvingen under flyvningen. Enkle leddforbindelser eller posisjonert faststående hengsler i dette området kan føre til en betydelig reduksjon i stivheten og styrken av vingen. Våre resultater viser at marihøner løser dette problemet ved å bruke tape-fjær-lignende vener som de viktigste vingeunderstøttende strukturer. En tape-fjær er en tynn elastisk stripe, med et buet tverrsnitt, som vanligvis kalles snekker-tape. Denne strukturen blir elastisk stabil når den er utstrakt og kan lagres i en kompakt form bare ved elastisk folding ; Derfor er den mye brukt i forlengelses-kraner og hengsler i rom-implementerbare strukturer . Fig. 4 presenterer skjematisk funksjonene til tape-fjær-lignende vener i vinge-folding /utfolding. Disse venene er stabilisert i utfoldet form og kan gi tilstrekkelig stivhet for flyvning (figur 4A)."

Strukturens "elastiske kraft forårsaket av motstanden i de lokaliserte foldingene anses å muliggjøre rask vinge-utfolding hos marihøner," sier de. Alle som har sett én ta av fra hånden vet at hele distribusjonen er faktisk veldig rask. Marihønas raske utfoldings-mekanisme kan faktisk hjelpe deg på neste regnværsdag:
"Den detaljerte vingefoldings-mekanismen som ble avslørt i denne studien, forventes å legge til rette for forståelse av optimaliseringsprosessen som har utviklet seg under utviklingen, noe som kan tydeliggjøre den innovative designmetoden som muliggjør integrasjon av både strukturell stabilitet og deformabilitet. Umiddelbare applikasjoner kan være implementerbare strukturer , inkludert romutplasserings-strukturer representert ved solcellepaneler og antenne-reflektorer hos satellitter, vinger hos bære-baserte fly og mange gjenstander til daglig bruk med deformings-funksjon (f.eks. Paraplyer, vifter, ventilatorer)."

Forfatterne mente at billen også kan bruke hydraulikk-væske i blodårene for å stive vingene slik som nye sommerfugler gjør. De kunne ikke bekrefte dette i artikkelen, men holdt det fram som en mulighet for en fremtidig studie.

Bilde 5. Solcellepanel i verdensrommet

Kort sagt, vi ser flere uavhengige deler som arbeider sammen for å få marihøne ving-systemet til å fungere:
*Vener med riktig tape-fjær-lik fasong
*Deformerbart membranmateriale
*Et forhåndsprogrammert origami-lignende foldingsmønster
*Dekkvinge i riktig størrelse og form, for å åpne og lukke
*Vinger i stand til å fly, med alt som det innebærer
*Oppførsel programmert i billens lille hjerne
*Energi for vingene som kan hentes fra mat

For å spare plass, skal vi ikke 'ta av' og legge noe til listen, som lett kan strekke seg fra det cellulære og genetiske nivået til hele organismen. Det er nok å si at det blinde, ikke-styrte "utviklingsforløpet" er helt utilstrekkelige til å gjøre rede for observasjonene.

Bilde 6. Det må starte på det genetiske og cellulære nivået