מחקרים

מצב הנשרים בישראל מדאיג. הנשרים, 'עובדי הניקיון' של הטבע, שומרים על האיזון האקולוגי כשהם מנקים את השטחים הפתוחים מפגרים. כשהם נעלמים – נפגעת שרשרת החיים כולה. אחד האיומים המרכזיים על הנשרים הוא הרעלות. חוקרי בית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בשיתוף רשות הטבע והגנים, נלחמים על כל נשר. לאחר שהשיבו לטבע עשרות נשרים ממושדרים שמראים בכל זמן נתון היכן הם נמצאים, פיתחו כעת במעבדה של פרופ' אור שפיגל מבית הספר לזואולוגיה וממרכז TAD לבינה מלאכותית, בשיתוף חוקרים מספרד ומארה"ב, ונציגי רשות שמורות הטבע והגנים, אלגוריתם חדשני שהופך את הנשרים עצמם למערכת התרעה חכמה. בעזרת ניתוח בזמן אמת של תנועות הנשרים ניתן לאתר אתרי אכילה חשודים ולהתריע מראש, לפני שאירועי הרעלה המוניים מתרחשים.

המחקר, שפורסם ב- Journal of Applied Ecology, משלב מעקב בעזרת משדרי GPS מתקדמים עם שימוש במדי-תאוצה (Accelerometers), ומודלים של למידת מכונה על מנת לנטר ולסווג התנהגויות נשרים מקראיים מרחוק. לדברי החוקרים, שימוש נרחב בגישה הטכנולוגית החדשנית יאפשר להגן על מגוון מיני נשרים רבים בעולם, שכ-70% מהם מוגדרים בסכנת הכחדה, לרוב כתוצאה מהרעלות מסוג כלשהו.

הנשר נחת

בישראל אוכלוסיית הנשר המקראי צנחה מאלפים לפחות מ־200 פרטים. הרעלות אחראיות לכ־57% ממקרי התמותה, כאשר פגרים מורעלים גורמים למותם של עשרות נשרים בבת אחת. "נשרים הם חיות חברתיות, ולכן פגר אחד עלול להביא לקריסה של אחוז ניכר מהאוכלוסייה המקומית", מסביר גדעון ועדיה, ממובילי המחקר.

צוות המחקר התקין משדרים על נשרים מקראיים, והשתמש בפרטים בשבי ובטבע, בישראל ובספרד, לאימון מודל סיווג מסוג  Random Forest, לזיהוי התנהגות הנשרים. המודל אומן לזהות התנהגויות שונות של הנשרים – מהתעופה ועד האכילה – והצליח בדיוק מרשים של עד 96%. חידוש משמעותי במחקר הוא שימוש ואימות מנגנון "רמת הוודאות" של המערכת, שמאפשר להבדיל בין זיהוי נכון לבין זיהוי מוטעה, ויוכל לסייע לפקחים להבחין בין אירועי אכילה אמיתיים לבין התרעות שווא, ובכך ישפר משמעותית את אמינות ההתראות וימנע הקפצת פקחים לחינם.

לקוות שכל הכוכבים יסתדרו

"כמו תמיד, האתגר הוא בפרטים," מספר פרופ' אור שפיגל. "מודלים של למידת מכונה הם 'רעבים' – צריך מאות דוגמאות מכל התנהגות. חלק מההתנהגויות נדירות, כמו אכילה, שמאוד עניינה אותנו. כדי לתפוס את הרגע הנכון, כלומר נשר ממושדר, שנצפה בדיוק כשהוא אוכל, צריך הרבה מזל וסבלנות. ש'כל הכוכבים יסתדרו'. זה לא קורה כל יום, ולכן דרשה המשימה לא מעט סבלנות, בעיקר בתצפיות בטבע".

אתגר נוסף שאתו התמודדו החוקרים היה "לתאם וליצור שפה משותפת בין הגורמים השונים, כדי שנוכל לחבר את הנקודות בין איסוף הנתונים, לחוקר החישובי שעזר עם המודל, לסטודנט שמנתח היבטים אחרים, ולאנשי הממשק שצריכים להבין מה חשוב ולמה זה עוזר להם", מוסיף פרופ' שפיגל. כעת החוקרים פועלים להטמעת האלגוריתם במערכת ההתראות של רט״ג, כדי לשלב את הפיתוח באופן מלא.

להקדים תרופה למכה

הטכנולוגיה הוכיחה את עצמה במהלך ניסויי שטח במדבר יהודה: המודל זיהה בהצלחה מוקדי אכילה של נשרים שהתרחשו מחוץ לתחנות האכלה בטוחות שמפעילה רשות הטבע והגנים, ורוב הפגרים שהתגלו עצמאית על ידי פקחים נמצאו באזורי הסיכון שחזה האלגוריתם. "יחד עם מערכת ההתראות שפותחה בשנים האחרונות על ידי רשות הטבע והגנים, המערכת הזו עשויה לשפר את דרכי הפעולה בשימור הנשרים," מציינת ד"ר מרתה אקאסיו. "במקום להגיב לאחר שהציפורים כבר הורעלו, אנחנו יכולים כעת לזהות אזורים מסוכנים מראש, למקד מאמצי סניטציה ולהסיר פגרים שעלולים להיות מורעלים גם לפני שהנשרים מוצאים אותם".

^{צוות המחקר של פרופ' אור שפיגל במהלך עבודת שטח במדבר}

"רשות הטבע והגנים יחד עם שותפיה לפרויקט 'פורשים כנף' (החברה להגנת הטבע וחברת החשמל לישראל), משקיעה משאבים ומאמצים גדולים בהגנה על הנשרים והעופות הדורסים מהכחדה. בין היתר, משקיעה הרשות דרך שיתופי פעולה עם חוקרים מהאקדמיה, פיתוח טכנולוגיות חדשניות תוך העזרות בטכנולוגיות AI אבל גם דרך עבודה קשה בשטח של אספקת מזון בטוח בתחנות האכלה וסילוק פגרים עם סיכון להרעלה ובכך מובילה לשיפור הסביבה וזאת בתמיכת המשרד להגנת הסביבה", מוסיף אוהד הצופה, אקולוג עופות ברשות הטבע והגנים.

האם יש מקום לאופטימיות?

כשנשאל פרופ' שפיגל איך הוא רואה את עתיד הנשרים בישראל בעוד עשור, הוא עונה בכנות: "אני חושש שאנחנו עדיין בקרב מאסף. מערכת ההתראות שרט״ג הקימה היא קפיצת דרך משמעותית, וגם היכולת לזהות אתרי אכילה תתרום ותשפר את המאבק, אבל יש כל כך הרבה אתגרים, אצלנו וגם במדינות השכנות, שקשה להיות אופטימי לגבי האוכלוסייה המקומית. הנשרים לא ייעלמו מהעולם. במערב אירופה תוכניות השימור מצליחות מאוד, אבל כאן, במזרח התיכון, ייתכן שילכו בדרכן של העוזניות והפרסים וייעלמו כמקננים מהארץ.

זה לא אומר שכל מה שאנחנו עושים לשווא, להפך. זו מלחמה ארוכה וסיזיפית של שומרי טבע שמרוויחים זמן, מאטים את הירידה, ולפעמים גם מצליחים לעצור את הגלגל. נקווה שנצליח לקנות לנשרים מספיק זמן, עד שבני האדם ישנו את דרכיהם, יפסיקו להרעיל, לצוד ולהפריע, וההכחדה תיעצר לא בזכות פתרון טכנולוגי אחד, אלא בזכות שינוי רחב יותר".

אבל גם בתוך המאבק הזה יש תקווה ויוזמות חדשות. "בהחלט," פרופ' שפיגל מחייך. "אנחנו כבר מרחיבים את היכולות של האלגוריתם, למשל, לזהות קינונים: מי הטיל ביצה, מי דוגר, ואיפה. כך נוכל לעזור לנשרים גם בתחילת חייהם, ולא רק למנוע את סופם בטרם עת. הנשרים, בסופו של דבר, עושים את הניטור בשביל כולנו."

כדי לעודד את אימוץ השיטה במקומות ומינים נוספים בעולם, פרסם צוות המחקר את כל מערך הנתונים, האלגוריתמים וחומרי ההדרכה באופן חופשי באינטרנט, ומאפשר לאנשי שימור ברחבי העולם להתאים את הטכנולוגיה למיני בעלי חיים ואזורים שונים. בעידן שבו פעילות אנושית מאיימת על חיות הבר, המחקר מדגים כיצד חדשנות טכנולוגית ושיתוף ידע יכולים לסייע לשימור טבע במאה ה־21.

המחקר בוצע במעבדות הפקולטה למדעי החיים של פרופ' יוסי יובל מבית הספר לזואולוגיה ופרופ' לילך הדני מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב, בהובלת התלמידים ד"ר רעיה זלצר וגיא זר אשל ובשיתוף עם חוקרים מהמכון להגנת הצומח במכון וולקני. המאמר פורסם בכתב העת eLife.

מחקר זה מהווה המשך לתגלית המרעישה שפרסמו אותם חוקרים לפני כשנתיים ואשר עוררה הדים רבים בעולם ולפיה צמחים המצויים במצוקה משמיעים קולות – בתדר שהוא מעל טווח השמיעה של האוזן האנושית (תדר על-קולי), אך נקלט על ידי בעלי חיים רבים. החוקרים: "התגלית פתחה פתח למחקר נרחב על התקשורת בין צמחים לבעלי חיים, ובמחקר הנוכחי התחלנו לבחון את הסוגיה."

פרופ' יובל מסביר: "לאחר שהוכחנו במחקר הקודם שצמחים משמיעים קולות, הערכנו שבעלי החיים המסוגלים לשמוע את הצלילים בתדרים הגבוהים המושמעים על ידי צמחים, עשויים להגיב לקולות אלו ולקבל החלטות בהתאם. באופן ספציפי, אנחנו יודעים שחרקים רבים, שמקיימים יחסי גומלים מגוונים עם עולם הצומח, מסוגלים לקלוט את קולות הצמחים ולכן ביקשנו לבחון אם הם אכן מבחינים בקולות ומגיבים אליהם."

פרופ' לילך הדני ופרופ' יוסי יובל

שיחות פרטיות בין עשים לעגבניות

פרופ' הדני: "בחרנו להתמקד בנקבות העש, שנוהגות להטיל את ביציהן על צמחים, כדי שישמשו מזון לזחלים לאחר שיבקעו. הנחנו שהנקבות מחפשות אתר הטלה אופטימלי, על צמח בריא שיוכל להזין היטב את הזחלים. אם כן, כשצמח מכריז בקולו שהוא מתייבש ומצוי במצוקה – האם הן יקשיבו להתראה ויימנעו מלהטיל עליו? כדי לבחון זאת ביצענו מספר ניסויים."

בניסוי הראשון ביקשו החוקרים לבודד את הרכיב הקולי משאר תכונות הצמח, כמו צבע וריח, ולכן הציבו בפני נקבות העש שתי קופסאות. באחת הקופסאות הוצב רמקול שניגן הקלטות של צמחי עגבנייה במצב התייבשות, בעוד שהשנייה נותרה שקטה. הנקבות גילו העדפה ברורה לקופסה 'הרועשת', שמבחינתן הייתה כנראה צמח חי (גם אם נתון במצוקה). המסקנה: העשות אכן קולטות ומגיבות לקולות המושמעים על ידי צמחים.

בהמשך כשהחוקרים נטרלו את איבר השמיעה של הנקבות, נעלמה ההעדפה והן בחרו בשתי הקופסאות במידה שווה – עדות לכך שההעדפה מבוססת באופן ספציפי על הקשבה לקולות, ולא על גירויים אחרים.

בניסוי השני הוצגו בפני הנקבות שני צמחי עגבנייה בריאים – אחד עם רמקול המשמיע קולות של צמח מתייבש, ואחד שקט. גם הפעם הן גילו העדפה ברורה – אך הפעם לצמח השקט, שקולות מצוקה אינם נשמעים ממנו ולכן כנראה משמש אתר הטלה טוב יותר.

בניסוי נוסף שוב הוצבו בפני הנקבות שתי קופסאות – אחת שקטה והשנייה עם עשים זכרים, שגם הם משמיעים קולות בתדר על-קולי בתדר דומה לצמחים. הפעם הנקבות לא גילו העדפה והטילו על שתי הקופסאות במידה שווה. מכך הסיקו החוקרים שבהחלטה היכן להטיל את ביציהן הן מגיבות באופן ספציפי לקולות שמשמיעים הצמחים – ולא לצלילים של זכרים למשל.

החוקרים מסכמים: "במחקר זה חשפנו עדות ראשונה לאינטראקציה קולית בין צמח לחרק. עם זאת אנו משוכנעים שזוהי רק ההתחלה. לאינטראקציה הקולית בין צמחים לבעלי חיים יש בוודאי עוד צורות רבות, ומגוון רחב של תפקידים. זהו שדה מחקר עצום ופתוח, עולם שלם שרק מחכה להתגלות."

את המחקר פורץ הדרך הובילה ד"ר דפנה לנגוט מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום של יעקב מ. אלקוב, מכון סוניה ומרקו נדלר לארכיאולוגיה ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב. שרידי הפחם נמצאו בחפירה הארכיאולוגית שניהל פרופ' יוסף גרפינקל מהמכון לארכיאולוגיה באוניברסיטה העברית. הממצאים פורסמו בכתב העת Scientific Reports של המוציאים לאור של Nature.

ה'פלסטיק' של העולם העתיק

לדברי ד"ר לנגוט, ראש המעבדה לארכיאובוטניקה וסביבות עתיקות המתמחה בזיהוי מיקרוסקופי של שרידי צמחים, "ניתן לזהות עצים, אפילו כשהם נשרפו לפחם, לפי המבנה האנטומי שלהם. העץ היה ה'פלסטיק' של העולם העתיק. הוא שימש לבנייה, לייצור כלים ורהיטים וכמקור אנרגיה. לכן זיהוי שרידי עצים שנמצאו באתרים ארכיאולוגיים, כמו פחם מאח, הוא מפתח להבנה אילו סוגי עצים צמחו בסביבה הטבעית באותה תקופה, ומתי בני האדם החלו לטפח עצי פרי".

במעבדתה, זיהתה ד"ר לנגגוט את הפחם מתל זף כשייך לעצי זית ותאנה. "עצי זית גדלים בטבע בארץ ישראל, אבל הם לא גדלים בבקעת הירדן", היא אומרת. "זה אומר שמישהו הביא אותם לשם בכוונה - לקח את הידע ואת הצמח עצמו למקום שנמצא מחוץ לבית הגידול הטבעי שלו. בארכיאובוטניקה זה נחשב להוכחה בלתי מעורערת לביות, מה שאומר שיש לנו כאן את העדות המוקדמת ביותר לביות הזית בכל מקום בעולם".

לדבריה, היא זיהתה גם שרידים רבים של ענפי תאנים צעירים. "התאנה אמנם גדלה באופן טבעי בבקעת הירדן, אבל לענפיו לא היה ערך מועט כעצי הסקה או חומרי גלם לכלי עבודה או רהיטים, ולכן לא הייתה לאנשים סיבה לאסוף כמויות גדולות ולהביאם לכפר. ככל הנראה, ענפי התאנה הללו נבעו מגיזום, שיטה הנהוגה עד היום להגדלת היבול של עצי פרי".

^{שרידים מיקרוסקופיים בני 7,000 שנה של עץ זית חרוך (Olea) שנתגלו מתל צף (צילום: ד"ר דפנה לנגגוט)}

סמל סטטוס של מותרות ויוקרה

ד"ר לנגוט ופרופ' גרפינקל לא הופתעו לגלות שתושבי תל זף היו הראשונים בעולם שגידלו בכוונה מטעי זיתים ותאנים, שכן גידול עצי פרי הוא עדות לפאר, וידוע כי אתר זה היה עשיר במיוחד. פרופ' גרפינקל מהאוניברסיטה העברית, שעמד בראש החפירה בתל זף: "תל זף היה כפר פרהיסטורי גדול בבקעת הירדן התיכונה דרומית לבית שאן, שאוכלס לפני בין 6,700 ל-7,200 שנה. במקום התגלו בתים גדולים עם חצרות פנימיות, בכל אחד מהם כמה אסמות לאחסון יבולים. נפחי האחסון היו גדולים עד פי 20 מכל צריכת קלוריות אלה, כך שבאופן ברור היה אכסון משפחתי. העושר של הכפר התבטא בייצור של כלי חרס משוכללים, שצוירו במיומנות יוצאת דופן בנוסף, מצאנו שם פריטים שהובאו מרחוק: כלי חרס של תרבות האובאיד ממסופוטמיה, אובסידיאן מאנטוליה, מרצית נחושת מהקווקז ועוד".

לדברי ד"ר לנגוט: "ביות עצי פרי הוא תהליך שלוקח שנים רבות, ולכן הולם חברת שפע, ולא כזו שנאבקת לשרוד. עצים נותנים פרי רק 4-3 שנים לאחר השתילה. מכיוון שמטעי עצי פרי דורשים השקעה ראשונית לא מבוטלת, ולאחר מכן מתקיימים לאורך זמן, יש להם משמעות כלכלית וחברתית גדולה. יתרה מכך, יתכן מאוד שתושבי תל זף סחרו במוצרים שמקורם בעצי הפרי, כמו זיתים, שמן זית ותאנים מיובשות, שמוצרים כאלה אפשרו סחר בינעירוני שהוביל לצבירת עושר חומרי, ואולי אף למיסוי - צעדים ראשוניים בפיתוח חברתי-כלכלי של החברה".

"באתר הארכיאולוגי תל זף מצאנו את הראיות הראשונות בעולם לביות עצי פרי, לצד כמה מהחותמות המוקדמות ביותר, דבר שמצביע על תחילתם של הליכים מנהליים. ככלל, הממצאים מצביעים על עושר, ועל צעדים מוקדמים לקראת היווצרות חברה רב-שכבתית מורכבת, בתוספת מעמד החקלאים והפקידים", מסכמת ד"ר לנגוט.

המחקר הובל על ידי הדוקטורנט מיכאל בר-זיו מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בהנחיית פרופ' אור שפיגל. עוד השתתפו במחקר: הילה זיו, מוקי ברויאר, איתם ארנון, ואסף אוזן, כולם חברי המעבדה לאקולוגיה והתנהגות בבית הספר לזואולוגיה.

"המעבדה שלנו עוסקת בהתנהגות ובתנועה במרחב של בעלי חיים, במטרה לשמור על הטבע, וגם כדי למנוע הפצת מחלות" מסביר פרופ' שפיגל. "בסדרת המחקרים האחרונה ביקשנו לבחון כיצד בעלי חיים בכלל, וציפורים בפרט, מושפעים מתופעת העיור ומנוכחות של בני אדם. לצורך זה בחרנו להתמקד בסיקסק - ציפור נפוצה  שחיה בין היתר באזורים מיושבים, והיא גם גדולה דיה כדי לשאת משדר שיאכן את מיקומה באופן רציף. בשני מחקרים קודמים מצאנו שהסיקסק העירוני אמיץ יותר מבן מינו שחי באזורים טבעיים יותר, ושההבדלים באופיים ובהתנהגותם של הסיקסקים נשמרים גם כשהם נבדקים בסביבה משותפת ומבוקרת, בגן הזואולוגי של אוניברסיטת תל אביב".

המחקר הנוכחי התמקד בסיקסקים שחיים בעמק בית שאן ובעמק חרוד, וערך השוואה בין דפוסי התנועה במרחב של שני תתי-אוכלוסיות סמוכים: אלה שחיים במושבים ובקיבוצים בסביבה, מול אלו שחיים באזור בריכות הדגים ובשדות הסמוכים. באופן ספציפי נבחנו שני פרמטרים עיקריים: ניידות: לאיזה מרחק הם עפים בכל יום, וחקרנות/ הרפתקנות (Exploration): האם הם מבקרים תמיד באותם מקומות, או חוקרים גם אתרים בלתי מוכרים?

^{הי? אתם מחפשים אותי? סיקסק סקרן (צילום: היל זיו)}

אופי אישי, דפוסי תנועה עקביים ונקבות חקרניות

"הסיקסקים מקננים בעונת האביב, ובונים את קיניהם על הקרקע" מסביר מיכאל בר-זיו. "אנחנו לכדנו אותם בקינים, הצמדנו להם משדר, ושחררנו  אותם להמשיך בחייהם. באמצעות המשדר, שמשדר אות בכל שמונה שניות, עקבנו אחריהם לאורך תקופה של חודשים אחדים". בסך הכול עקבו החוקרים אחר 135 פרטים, חציים זכרים וחציים נקבות. המעקב אחר כל פרט הסתיים כשהמשדר שלו הפסיק לשדר, כשתקופת המעקב הממוצעת הייתה 194 יום. המעקב הארוך ביותר ארך כ-10 חודשים. בנתונים שנאספו בוצע ניתוח סטטיסטי, שהשווה בין דפוסי התנועה וההתנהגות של שתי קבוצות  הסיקסקים.

"ראשית מצאנו שלכל פרט יש אופי משלו, שמתבטא בין היתר בדפוסי תנועה עקביים, שונים מאלה של הפרטים האחרים. בנוסף התברר שסיקסקים שחיים ביישובים נעים במרחב יותר מאלה שחיים באזור בלתי מיושב", מספר מיכאל בר-זיו. "אנו סבורים שהסיבה לכך היא שביישוב יש יותר הפרעות שגורמות לסיקסק להתעופף מהקן ואחר כך לחזור, דבר שמגדיל את מרחק התעופה הכולל, אך לא את ההתרחקות המקסימלית מהקן. בנוגע לחקרנות גילינו תמונה מורכבת יותר, עם הבדלים בין עונות ובין זכרים לנקבות. כך לדוגמה, בעונת הקינון הנקבות בשדות חקרניות יותר מבנות מינן במקומות יישוב, ואילו אצל הזכרים התמונה הפוכה. עדיין אין לנו הסבר לתופעות הללו".

"בעלי חיים רבים חיים סביבנו בערים וביישובים, ונראה שמינים מסוימים אף מסתגלים היטב לסביבה האנושית. עם זאת, מחקרים מראים שגם בקרב מינים אלה, היבטים שונים של ההתנהגות משתנים ומושפעים מנוכחות האדם, בהשוואה להתנהגות של אותם מינים בטבע (אפשרות אחרת היא שפרטים בעלי אופי מסוים בוחרים לחיות דווקא בעיר, ולכן הפרטים בעיר שונים בהתנהגותם). במחקר זה בדקנו הבדלי התנהגות ותנועה במרחב בין סיקסקים שחיים ביישובים לבין בני מינם שחיים בשטחים הפתוחים הסמוכים, ומצאנו הבדלים מובהקים, בעיקר ניידות מוגברת בקרב 'סיקסקי העיר' בעונת הקינון. במחקרי המשך נבחן השפעות אפשריות של הסביבה האנושית על התפתחותם ואופיים של אפרוחים מגיל צעיר ועד בגרות, ונלמד להבחין בין המנגנונים שתורמים לתופעה: הגעה של טיפוסים מסוימים לעיר מול השפעה של העיר על ההתנהגות", מסכם פרופ' שפיגל.

^{פרופ' אור שפיגל}

המחקר הובל על ידי ד"ר בת-אל פנחסיק מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, ופרופ' אמיר אילי מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בית הספר סגול למדעי המוח ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב, המסטרנטים שי זוננרייך ושמואל גרשון מבית הספר להנדסה מכנית' וכן חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית של דרזדן בגרמניה. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Advanced Functional Materials.

"במעבדה שלי אנחנו חוקרים מנגנונים מכניים בטבע, בין היתר במטרה לשאוב מהם השראה לפתרון בעיות טכנולוגיות שונות. לאחרונה אנו מבצעים סדרת מחקרים בשיתוף עם המומחה לחקר הארבה פרופ' אמיר אילי, כדי להבין את המנגנון באמצעותו חופרת נקבת הארבה בור שבו היא מטילה את ביציה. מדובר במנגנון ייחודי שמורכב משני זוגות של איברים דמויי כפות שנפתחים ונסגרים באופן מחזורי, חופרים באדמה ומהדקים את החול לדפנות", מסבירה ד"ר פנחסיק.

"ידוע שלהרבה מנגנונים בגופם של חרקים בכלל, וארבה בפרט, יש עמידות גבוהה לשחיקה מכנית. כך לדוגמה גפי הפה הלועסות, שהן חיוניות לאכילה ונמצאות בשימוש יומיומי, עשויות מחומר עמיד ביותר. גם כפות החפירה משמשות את נקבת הארבה לפעולה מכנית עצימה, אך הן מופעלות רק 3 או 4 פעמים במהלך חייה, כשהיא מטילה ביצים. אנחנו ביקשנו לבחון אם גם כפות החפירה, העשויות מחומר קוטיקולרי קשיח, צוידו על ידי האבולוציה בעמידות גבוהה לשחיקה מכנית", ממשיך את דבריה פרופ' אילי.

^{צוות המחקר. מימין: המאסטרנט שי זוננרייך, ד"ר בת-אל פנחסיק ופרופ' אמיר אילי}

החוקרים בחנו את כפות החפירה בשלוש קבוצות שונות של נקבות ארבה: צעירות שטרם הטילו, בוגרות שהוחזקו בתנאים שלא אפשרו להן להטיל ביצים, זאת כדי לבחון אם הגיל בפני עצמו גורם לשחיקה, ומבוגרות שכבר הטילו שלוש או ארבע פעמים. כדי לאפיין את המבנה הפנימי והחוזק של כפות החפירה נעזרו החוקרים בטכנולוגיות מתקדמות של מיקרוסקופיה קונפוקלית, דימות תלת-ממדי פלורסנטי, ומאיץ חלקיקים (סינכרוטרון), על ידי הקבוצה הגרמנית. הממצאים העלו שכפות החפירה נשחקו במידה משמעותית וכי אין להן מאפיינים של עמידות גבוהה לשחיקה מכנית. בין היתר לא נמצאו בהן יונים של מתכות שתורמים לחיזוק החומר, המאפיינים חומרים ביולוגיים עמידים במיוחד.

ד"ר פנחסיק מסכמת: "כמו רוב בעלי החיים, גם נקבות הארבה מסיימות את חייהן לאחר שמילאו את תפקידן הביולוגי, כלומר סיימו להתרבות - שלושה עד ארבעה מחזורי הטלה. במחקר זה מצאנו שהאבולוציה תכננה את כפות החפירה שלהן כך שיעמדו במשימתן באופן מדויק, לא יותר ולא פחות. זוהי דוגמה נהדרת לעיקרון של 'טוב דיו' (good enough) בטבע: באיבר לא הושקעו משאבים מיותרים כשאין בכך צורך. כבני אדם אנחנו יכולים ללמוד מכך לא מעט על חיסכון בחומרים, באנרגיה ובמשאבים. כמהנדסים שמפתחים מוצרים עלינו להבין היטב את הצורך ולתכנן עבורו מענה מדויק, ולהימנע מהנדוס-יתר של מוצרים כשאין בכך צורך אמיתי. כך נוכל אף למנוע נזק סביבתי עצום שנגרם על ידי ייצור-יתר של מוצרים מיותרים".