לראשונה הצליחו חוקרים למדוד את כמות האנרגיה שצורכים חרקים במעופם. המחקר, שערכו חוקרים באוניברסיטת תל אביב, בוצע בשני מינים של חיפושיות: נחושתית הקוצים ויקרונית התאנה. לטענת החוקרים, המחקר מקדם משמעותית את חקר האקולוגיה של החרקים, ויכול לתרום תרומה משמעותית למלחמתם של החקלאים במזיקים ואף לפיתוח רובוטים מעופפים זעירים למטרות שונות.
יקרונית התאנה עפה במנהרת הרוח
(צילום: תומר אורקה)
המחקר נערך בהובלת חוקרים בבית הספר לזואולוגיה שבפקולטה למדעי החיים, ובמוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב. המחקר היווה חלק מעבודת הדוקטורט של תומר אורקה, ובוצע במעבדה לאקולוגיה של התזונה של ד"ר ערן לוין, ובמעבדה לביומכניקה של תנועה בבעלי חיים של ד"ר גל ריבק. המאמר פורסם בכתב העת של האגודה המלכותית (Royal Society Publishing).
ד"ר ריבק הסביר כי "כל בעל חיים חייב לייצר מאזן חיובי בין האנרגיה שהוא משקיע כדי לחפש מזון, לבין האנרגיה שהוא מפיק בסופו של דבר מהמזון שמצא. אם האנרגיה שהוא משקיע בחיפוש תהיה גבוהה מזו שהוא מקבל, הוא לא יוכל לשרוד. לעובדה זו יש חשיבות גדולה, בין היתר, אל מול הבעיה העכשווית של הכחדת מינים בידי אדם: לא פעם, בעלי חיים שבית הגידול שלהם נפגע נאלצים לעבור מרחקים גדולים יותר כדי למצוא מזון, ואם המרחק גדול מדי, בעל החיים יגווע".
לדבריו, כמות האנרגיה המשמשת לניידות היא, אם כן, נתון חשוב ביותר למחקר, ועבור מרבית בעלי החיים – יונקים, עופות, וזוחלים, היא נמדדת בצורה פשוטה למדי : באמצעות מסכות המולבשות על פניהם במהלך הפעילות ומאפשרות למדוד את כמות החמצן שנצרך תוך כדי הפעילות.
בחרקים, לעומת זאת, לא ניתן ליישם את השיטה הזאת, מכיוון שהם נושמים דרך פתחים רבים בצידי הגוף, והעובדה שרבים מהם מעופפים מקשה על המשימה אף יותר. כתוצאה מכך הוגבל מחקר התעופה בחרקים למדידות צריכת אנרגיה בתוך כלי סגור, הנקרא תא מטבולי, שבו נמדדת צריכת האנרגיה של בעל החיים על סמך השינוי ברמות החמצן והפחמן הדו חמצני בתוך התא. לפני כ-30 שנה הגדילו לעשות חוקרים באנגליה כשהצליחו למדוד את צריכת האנרגיה של דבורי בומבוס בתעופה במנהרת רוח סגורה שתיפקדה כתא מטבולי גדול. אולם, מכאן ועד למדוד את צריכת האנרגיה של חרקים עפים בשטח פתוח ובאופן חופשי, המרחק גדול.
במסגרת המחקר, החוקרים נעזרו באיזוטופ של פחמן בשם C13, איזוטופ יציב של היסוד פחמן שהוזרק לחיפושיות והתכלה חלקית במהלך התעופה. ד"ר לוין אמר: "הזרקנו לחיפושיות C13 ודגמנו את הרמה של האיזוטופ בנשימה שלהן באמצעות מכשיר מיוחד המכונה stable carbon isotope analyzer (המבצע אנליזה באיזוטופים יציבים של פחמן). אחר כך שחררנו אותן, הינחנו להן להתעופף, ולכדנו אותן שנית. כעת מדדנו בכמה פחתה כמות ה-C13 בנשימה של החיפושיות, ועל פי הירידה ברמת האיזוטופ חישבנו כמה אנרגיה, במונחי קלוריות, צרכה כל חיפושית במעופה".
בשלב הבא הטיסו החוקרים את החיפושיות בתוך מנהרת רוח, כשהן מחוברות לחיישנים המודדים את הכוחות האווירודינמיים המיוצרים בתעופה. נתונים אלה הוצבו במודל שפותח על ידי החוקרים, שהשווה בין האנרגיה המכנית שהפיקה החיפושית כדי לנופף בכנפיה, לבין הקלוריות שצרכה על פי מדידת ה-C13.
אורקה הסביר: "הראינו שלמעלה מ-60% מהאנרגיה הקלורית שצורכות החיפושיות בתעופה הולכים לאיבוד בהמרה לאנרגיה המכנית הדרושה להנעת הכנפיים. מדובר ביעילות תעופה נמוכה יחסית, בערך חצי מזו של ציפורים ועטלפים, זאת כתוצאה מגודלם הקטן וממהירות התעופה הנמוכה של החרקים, שמחייבים השקעת אנרגיה גדולה יותר כדי להישאר באוויר. המשמעות היא שביחס לגודלם חרקים יכולים לעוף מרחקים קצרים יותר על אותה כמות אנרגיה בגוף (למשל שומן) והמדידות שלנו מאפשרות לכמת כמה עולה להם (בקלוריות) תעופה למרחק מסוים".
לדברי החוקרים, השיטה שפיתחו למדידת האנרגיה שצורכים חרקים במעופם יכולה לסייע לחקלאות. לדוגמה, כוורנים שמשתמשים בדבורים לצורכי האבקה והפקת דבש יוכלו להציב כוורות במיקום אופטימלי שיאפשר לדבורים להגיע לפרחים ולשוב עם שלל מירבי. שימוש מועיל אחר במידע החדש עשוי להיות בתחום ההדברה הביולוגית ולוחמה במזיקים.
ד"ר ריבק הסביר: "בהדברה ביולוגית נעזרים בחרקים מועילים, לדוגמה צרעות טפיליות, כדי להדביר חרקים מזיקים שמכלים את היבולים. ידיעת העלות האנרגטית לתעופה יכולה לסייע בקביעת המיקום המדויק לשחרור החרק המדביר בשדה או במטע הנגוע, כדי להבטיח לו יעילות מקסימלית בהתפשטותו ומציאת טרפו – החרק המזיק". עוד מציינים החוקרים כי הטכניקה עשויה לסייע בחיזוי רדיוס ההתפשטות של המזיקים: כמה רחוק "כדאי" לחרק המזיק לעוף על פי שיקולי השקעת אנרגיה, וכתוצאה מכך מידת הסכנה הצפויה לשדות ומטעים הנמצאים במרחקים שונים מגידולים נגועים.
יקרונית התאנה, שבה השתמשו במחקר, היא מזיק לעצי תאנה בארץ. הנקבות מטילות ביצים מתחת לקליפת העץ והזחלים הבוקעים מהם נוברים לתוך הגזע ומביאים למוות העץ וקריסתו. המעבר מעץ נגוע לעץ בריא נעשה בתעופה ובזכות המחקר כעת ניתן לחשב מה טווח התעופה של חיפושית כשזו עוזבת עץ נגוע בחיפוש אחר עץ חדש כדי להטיל בו את ביציה.
ד"ר ריבק סיכם: "המחקר צפוי לתרום תורם תרומה חשובה לחקלאות, עם דגש על כוורנות, הדברה ביולוגית והמלחמה במזיקים. תחום נוסף שעשוי להפיק תועלת מהממצאים הוא פיתוח רחפנים ורובוטים מעופפים זעירים בעלי יעילות תעופה משופרת למגוון רחב של שימושים - ניטור סביבתי, וסקירת מקומות מסוכנים או בלתי נגישים לאדם".
