כשהחול מגיע ל-70 מעלות, היא יוצאת לחפש מזון: הכירו את הנמלה הכסופה

בשעות הצהריים, כאשר חול המדבר הלוהט מגיע לטמפרטורות העולות על 60 מעלות ולעיתים מתקרבות ל-70 מעלות, רוב בעלי החיים מחפשים מחסה. בשעה הזאת יוצאת מהקן נמלה קטנה, כסופה, שאורכה בערך סנטימטר. היא מתחילה לרוץ על החול החשוף דווקא בשעות החמות ביותר, מחפשת חרקים ובעלי חיים קטנים שמתו או נפגעו מהחום, אוספת את המזון וחוזרת במהירות אל הקן. זוהי הנמלה הכסופה של הסהרה, שנחשבת לאחד מבעלי החיים היבשתיים העמידים ביותר לחום. טמפרטורת הגוף הקריטית שנמדדה אצלה היא כ-53.6 מעלות צלזיוס, והיא מסוגלת לפעול כאשר טמפרטורת הקרקע גבוהה בהרבה.

הנמלה ניזונה, בין השאר, מחרקים ובעלי חיים קטנים שנפגעו מהחום. לטורפים שלה, ובהם לטאות מדבריות, יש גבול חום נמוך יותר, ולכן בשעות הצהריים החמות פעילותם יורדת. הנמלה יכולה לנצל את חלון הזמן הזה כדי לצאת אל השטח הפתוח, כאשר המזון זמין והסיכון מטורפים מסוימים קטן. היא מגבילה את משך החשיפה שלה לחום באמצעות יציאות קצרות ומהירות.

היכולת הזאת מתחילה במבנה החיצוני של הגוף. כאשר מביטים בנמלה הכסופה באור השמש, הצבע הכסוף אינו צבע במובן הרגיל. הגוף מכוסה בשכבה צפופה של שערות זעירות, ובדיקה במיקרוסקופ אלקטרוני מגלה שהשערות בעלות חתך משולש. שניים מהמשטחים שלהן מחורצים במבנה עדין. המבנה הגאומטרי הזה משפיע על האופן שבו קרינת השמש פוגעת בגוף הנמלה וחוזרת ממנו.

במחקר שהתפרסם ב-Science בשנת 2015 בדקו נילי יובל, וולפגנג פייזר ורודולף ויהנר את התכונות האופטיות והתרמיות של השערות. הם מצאו שהן פועלות בשני כיוונים משלימים. בתחום האור הנראה ובתחום התת אדום הקרוב הן מגבירות את החזרת הקרינה, ולכן חלק גדול יותר מהאנרגיה שמגיעה מהשמש חוזר החוצה. בתחום האינפרה אדום התרמי, לעומת זאת, השערות מאפשרות פליטה יעילה של חום מגוף הנמלה אל הסביבה. כך השכבה הכסופה משמשת מערכת פסיבית לניהול חום.

העיקרון הפיזיקלי של הקירור התרמי עובד כך: כל גוף חם פולט קרינה אלקטרומגנטית. גוף האדם עושה זאת, אבן עושה זאת וגם נמלה עושה זאת. כאשר פני השטח של הנמלה פולטים קרינה בתחום האינפרה אדום, אנרגיה תרמית עוזבת את הגוף. השערות של הנמלה מותאמות כך שהפליטה בתחום האינפרה אדום הבינוני תהיה יעילה במיוחד. החוקרים הראו שהשילוב בין החזרת קרינת השמש לבין פליטת חום תרמי מאפשר לנמלה לשמור על טמפרטורת גוף נמוכה יותר תחת קרינה ישירה.

מחקר אופטי נוסף, שהתפרסם ב-2016, בדק את השערות ברמה הגאומטרית. החוקרים השתמשו במודלים של מסלולי קרני אור ובניסויי החזרה אופטיים. הם מצאו שהמבנה המשולש של השערה מאפשר תנאים של החזרה פנימית מלאה על אחד מפניה. החריצים הזעירים שעל פני השערה מחזקים את ההחזרה. לפי המדידות שלהם, שכבת השערות הגדילה כמעט פי עשרה את החזרת האור ביחס למשטח ללא המבנה הזה, ונמלים שהוסרו מהן השערות התחממו מהר יותר תחת תאורת שמש.

הצבע הכסוף של הנמלה נוצר כתוצאה ממבנה מיקרוסקופי של שערות, והמבנה הזה משנה את האינטראקציה של הגוף עם קרינה באורכי גל שונים. העין האנושית רואה צבע כסוף, מבחינת מאזן האנרגיה של הנמלה, מדובר בשכבה אופטית ותרמית.

השערות הן רק חלק ממערכת הקירור. לנמלה יש גם מבנה גוף שמרחיק אותה מהחול. הרגליים ארוכות יחסית לגוף ומעלות אותו מעל פני הקרקע. המרחק הקטן הזה משמעותי במדבר, משום שהחול הלוהט פולט קרינה תרמית ומעביר חום במגע. ככל שהגוף נמצא רחוק יותר מהקרקע, פוחתת השפעתה הישירה של שכבת החול הלוהטת.

חלק נוסף ומשמעותי מההתמודדות שלה עם החום תלוי במהירות. מחקר מ-2016 מדד מהירות של עד 855 מילימטרים בשנייה אצל נמלים כסופות. עבור נמלה שאורכה בסדר גודל של פחות מסנטימטר, מדובר בכ-108 אורכי גוף בשנייה. זו מהירות שהציבה אותה בראש רשימת הנמלים שנמדדו במחקר.

המהירות הזאת נובעת בחלקה ממבנה הרגליים ותבנית ההליכה. בניסויים נמדדה אצל הנמלים תדירות צעדים ממוצעת של כ-40 מחזורי צעידה בשנייה במהירויות גבוהות, עם שיא שנמדד בכ-47 הרץ. זמן המגע של רגל עם הקרקע יכול להיות קצר עד כ-7 אלפיות השנייה. בריצה מהירה, הנמלה משתמשת בשלוש רגליים בכל פעם בתבנית המכונה tripod gait, כאשר שלוש הרגליים האחרות נעות במחזור הבא. בחלק ממחזור הריצה כל שש הרגליים נמצאות באוויר.

המהירות הזאת היא חלק ממערכת ויסות החום. כל שנייה שהנמלה נמצאת על החול החם מוסיפה אנרגיה תרמית לגופה. לכן קיצור זמן השהייה מחוץ לקן חשוב להישרדות.

גם כאשר הנמלה כבר מתחממת, הגוף שלה מפעיל מערכת נוספת ברמה התאית. חלבונים הם מולקולות רגישות לחום. כאשר הטמפרטורה עולה, חלק מהם עלולים לאבד את המבנה המרחבי התקין שלהם. תאים מגיבים לכך באמצעות משפחה של חלבונים המכונים Heat Shock Proteins, או HSPs. חלק מהם משמשים "שפרונים מולקולריים", כלומר חלבונים המסייעים לחלבונים אחרים לשמור על קיפול תקין או לחזור למבנה תקין לאחר פגיעה. אצל הנמלה הכסופה יש שפע של חלבונים כאלו, וכך היא עשויה לתקן נזקי חום.

גם מערכת הניווט של הנמלה מותאמת לחיים האלה. הנמלה הכסופה מוכרת במחקר כבר עשרות שנים בזכות יכולת הניווט שלה במדבר. לאחר שהנמלה יוצאת מהקן, היא יכולה לנוע למרחקים גדולים בחיפוש מזון, כאשר המדבר נראה אותו דבר מכל כיוון לאורך אלפי קילומטרים. הצורה שבה הנמלה חוזרת אל אזור הקן, היא באמצעות חישוב מתמשך של כיוון ומרחק ביחס לנקודת המוצא. היא משתמשת בכיוון השמש ובמדידת המרחק שעברה.

המחקר האופטי על שערות הנמלה הכסופה אף הוליד תחום של חיקוי ביולוגי. מהנדסים מנסים להשתמש במבנים דומים לפיתוח משטחים שמחזירים קרינת שמש ומפזרים חום באמצעות קרינה תרמית. מאמרים בתחום הביומימטיקה מציינים את הנמלה הכסופה כדוגמה למערכת קירור פסיבית, ומבנים בהשראת שערותיה נחקרים עבור ציפויים, מבנים ומערכות שאמורות להפחית התחממות ללא צריכת אנרגיה פעילה.

הנמלה הכסופה של הסהרה חיה בתוך מערכת תנאים, שבה כל טעות קטנה במאזן החום יכולה להפוך למסוכנת. היא יוצאת כאשר החול חם ביותר, גופה חשוף לקרינה ישירה, והיא זקוקה למהירות כדי להשלים את המסלול בזמן קצר. ובכל זאת, גופה בנוי כך שכל שכבה משתתפת בפתרון הבעיה: השערה, הרגל, השריר, המיטוכונדריה, החלבון, מערכת העצבים וההתנהגות. המחקר המדעי מאפשר לראות את המערכת הזאת ברמות שונות, החל מהגאומטריה של שערה בודדת ועד להתנהגות של בעל החיים כולו. דווקא החיבור בין הרמות הוא שהופך את הנמלה הכסופה לאחת הדוגמאות המעניינות ביותר לפלאי הבריאה, ולכך שהקב"ה דאג לכל יצור חי למערכת מתוחכמת בה יוכל לשרוד ולהשיג את מזונו.