Kujifunza Kutokana na Ubuni wa Asili

“Vitu vingi bora tulivyobuni vimeigwa kutoka kwa, au tayari vinatumiwa na, viumbe wengine.”—Phil Gates, Wild Technology.

KAMA ilivyotajwa katika makala iliyotangulia, lengo la sayansi ya biomimetics ni kubuni vifaa na mashine tata zaidi kwa kuiga hali ya asili. Hali ya asili hutokeza vifaa bila uchafuzi, navyo huelekea kuwa vigumu na vyepesi, japo ni vyenye nguvu sana.

Kwa mfano, aunsi moja ya mfupa ni ngumu zaidi ya aunsi moja ya feleji. Siri ni nini? Kwa sehemu jibu lahusiana na umbo lake lenye uhandisi bora, lakini kuna sababu zaidi za msingi—katika molekuli. “Hali bora ya viumbe hutegemea ubuni na muunganisho wa visehemu vyake vidogo zaidi,” aeleza Gates. Kwa kuvichunguza kwa makini visehemu hivi, wanasayansi wamegundua dutu zinazofanya vitu vya asili kutoka kwa mifupa hadi kwa hariri viwe na nguvu na uzito mwepesi usio na kifani. Wamegundua kwamba dutu hizi ni misombo mbalimbali ya asili.

Maajabu ya Misombo

Misombo ni vitu vigumu vinavyotokana na mchanganyiko wa dutu moja au mbili ili kufanyiza dutu mpya yenye sifa bora kuliko dutu za awali. Mfano mmoja ni kioo-nyuzi chenye msombo sanisia, kinachotumiwa kwa kawaida katika ujenzi wa mashua, fito za kuvua, pinde, mishale, na vifaa vingine vya michezo. * Kioo-nyuzi hutengenezwa kwa kutia nyuzi laini za glasi katika umajimaji au mseto wa plastiki unaofanana na jeli (unaoitwa polima). Polima hiyo inapokuwa ngumu, au kutulia, hutokeza msombo mwepesi, mgumu, na unaonyumbulika. Bidhaa nyingi mbalimbali zaweza kutengenezwa endapo nyuzi na mseto tofauti-tofauti vinatumiwa. Bila shaka, misombo inayotengenezwa na watu ingali duni ikilinganishwa na ile ya asili iliyo ndani ya wanadamu, wanyama, na mimea.

Wanadamu na wanyama, badala ya kuwa na nyuzi za glasi au kaboni, huwa na protini yenye nyuzinyuzi inayoitwa kolajeni ambayo hufanyiza misombo inayoimarisha ngozi, matumbo, tishu, kano, mifupa, na meno  (isipokuwa gamba la jino). * Kitabu kimoja cha marejezo kinaeleza misombo ya kolajeni kuwa “miongoni mwa vifaa bora zaidi vya muundo wa msombo vinavyojulikana.”

Kwa mfano, fikiria kano zinazounganisha misuli na mifupa. Kano ni zenye kutokeza sana, si kwa sababu tu ya nyuzi zake zenye nguvu zinazotokana na kolajeni bali pia kwa sababu ya jinsi ambavyo zimeunganishwa kwa njia bora. Katika kitabu chake Biomimicry, Janine Benyus aandika kwamba kano isiyofumbuliwa “ina utaratibu bora ajabu isivyoaminika. Kano iliyo katika kigasha chako ni tita lililojipinda la nyuzi, kama kamba zinazotumiwa katika daraja linaloning’inia. Kila kamba ni tita lililojipinda la kamba nyembamba. Na kila kamba nyembamba ni tita lililojipinda la molekuli, ambazo, bila shaka ni matita yaliyosokotwa ya atomi. Uzuri wenye utaratibu wafumbuka tena na tena.” Huo ni, yeye asema, “uhandisi bora.” Si ajabu kwamba wanasayansi husema  juu ya kuchochewa na ubuni wa asili?—Linganisha Ayubu 40:15, 17.

Kama ilivyotajwa, misombo iliyotengenezwa na watu haiwezi kulinganishwa na ile ya asili. Hata hivyo, sanisia ni bidhaa bora sana. Kwa hakika, ni miongoni mwa vitu kumi bora vya uhandisi vilivyotokezwa katika miaka 25 iliyopita. Kwa mfano, misombo inayotegemea grafati au nyuzi za kaboni imetokeza aina mpya za ndege na sehemu za vyombo vya anga, vifaa vya michezo, magari ya mbio, yoti, na viungo bandia vyepesi—vichache tu kati ya vitu vingi vinavyobuniwa.

Shahamu ya Ajabu, Yenye Matumizi Mengi

Nyangumi na pomboo hawafahamu kwamba miili yao imefunikwa kwa tishu ya kustaajabisha—shahamu, aina ya mafuta. “Shahamu ya nyangumi yaweza kuwa kitu chenye matumizi mengi zaidi tunachojua,” chasema kitabu Biomimetics: Design and Processing of Materials. Kinapoeleza sababu, chaongezea kwamba shahamu ni chelezo cha kustaajabisha kinachowezesha nyangumi waelee ili kupata hewa. Huwalinda kabisa mamalia hawa wenye damu moto dhidi ya baridi ya baharini. Na pia ni akiba bora ya chakula wakati wanapohama kwa maelfu ya kilometa bila kula. Kwa kweli, gramu moja ya mafuta hutokeza nishati ambayo ni mara mbili au tatu zaidi ya ile inayotokezwa na gramu moja ya protini na sukari.

“Shahamu hudundadunda pia kama mpira,” kulingana na kitabu kilichotajwa juu. “Kadirio bora tulilo nalo sasa ni kuwa mchapuko wa shahamu inayojikunja na kujikunjua mkia unapopigapiga waweza kuokoa asilimia 20 ya nishati inayotumiwa wakati nyangumi anapoogelea kwa vipindi virefu.”

Shahamu imetumiwa kwa karne nyingi, japo ni karibuni tu ilipogunduliwa kwamba karibu nusu ya ujazo wake huwa na nyuzi tata za kolajeni katika mwili wa kila nyangumi. Ijapokuwa wanasayansi wangali wanajaribu kuchunguza jinsi msombo huu wa mafuta unavyofanya kazi, wanaamini kwamba wamegundua bidhaa nyingine ya ajabu inayoweza kuwa na matumizi mengi endapo itafanyizwa kwa sanisia.

Mhandisi Mahiri Mwenye Miguu Minane

Katika miaka ya majuzi wanasayansi wamekuwa wakichunguza buibui kwa makini. Wanatafuta kujua jinsi ambavyo anatengeneza hariri ya buibui, ambayo ni msombo pia. Ni kweli kwamba wadudu wengi hutokeza hariri, lakini hariri ya buibui ni ya pekee. Ni mojawapo ya vitu vigumu zaidi duniani, ni “kitu chenye kustaajabisha,” akasema mwandishi mmoja wa sayansi. Hariri ya buibui ni yenye kutokeza sana hivi kwamba orodha ya sifa zake ingeonekana kuwa isiyoaminika.

Kwa nini wanasayansi husifu kupindukia hariri ya buibui? Mbali na kwamba ina nguvu zinazozidi zile za feleji  kwa mara tano, ni yenye kunyumbulika sana pia—ni nadra kupata vifaa vyenye sifa hizo. Hariri ya buibui hunyooka asilimia 30 zaidi kuliko nailoni inayonyumbulika zaidi. Na bado, haidundidundi kama turubali na kurusha mlo wa buibui hewani. “Kwa wanadamu,” chasema kichapo Science News, “utando unaoshabihi wavu wa samaki ungeweza kunasa ndege ya abiria.”

Kama tungeweza kuiga umahiri wa buibui wa kemikali—hata aina mbili za buibui hutokeza namna saba za hariri—hebu wazia jinsi ambavyo ingetumiwa! Mikanda bora zaidi ya usalama, pia nyuzi bora za kushonea vidonda, kano bandia, kamba na nyaya nyepesi, mavazi bora yasiyopenya risasi, ni baadhi tu ya vitu vinavyoweza kutengenezwa. Wanasayansi pia wanajaribu kuelewa jinsi ambavyo buibui hufanyiza hariri kwa wepesi—bila kutumia kemikali zenye sumu.

Giaboksi na Injini za Jeti za Asili

Giaboksi na injini za jeti huwezesha watu wasafiri kokote leo. Lakini je, ulijua kwamba tayari ubuni huo unatumiwa na vitu vya asili? Kwa kielelezo, fikiria giaboksi. Giaboksi hukuwezesha kubadili gia za gari lako ili lisonge kwa njia nzuri zaidi. Giaboksi ya asili hufanya vivyo hivyo, ila haiunganishi injini na magurudumu. Badala yake, huunganisha mabawa! Nayo yaweza kupatikana wapi? Katika nzi. Nzi ana gia yenye kubadilishwa mara tatu iliyounganishwa na mabawa yake, ambayo humwezesha abadili gia akiwa hewani!

 Ngisi, pweza, na nautilus huwa na injini fulani ya jeti inayowaendesha majini. Wanasayansi huhusudu jeti hizi. Kwa nini? Kwa sababu zina sehemu laini zisizoweza kuvunjika, zinazoweza kustahimili vina virefu, na zinazosonga pasipo kelele na kwa njia bora. Kwa kweli, ngisi aweza kusonga kwa kasi ya kilometa 32 kwa saa anapokimbia adui, “nyakati nyingine hata huruka kutoka majini hadi kwenye sitaha za meli,” chasema kitabu Wild Technology.

Naam, kutafakari kwa dakika chache tu juu ya vitu vya asili kwaweza kututia kicho na uthamini mkubwa. Kwa kweli vitu vya asili ni fumbo hai linalotokeza swali moja baada ya jingine: Ni maajabu gani ya kemikali yanayotokeza mmweko mwangavu wa kimulimuli na mwani fulani? Samaki mbalimbali wa aktiki wanaoganda wakati wa majira ya baridi kali huwezaje kutenda tena baada ya theluji kuyeyuka? Nyangumi na sili huwezaje kubaki majini kwa vipindi virefu bila vifaa vya kupumulia? Nao huwezaje kupiga mbizi kwa kurudia-rudia penye kina kirefu pasipo kupatwa na maumivu ya maungo? Vinyonga na ngisi hubadilije rangi ili wapatane na mazingira yao? Ndege-wavumaji huvukaje Ghuba ya Mexico kwa kutumia fueli inayopungua gramu tatu? Yaonekana kwamba orodha ya maswali yaweza kuendelea pasipo kikomo.

Kwa kweli, wanadamu wanaweza kutazama tu kwa mshangao. Wanasayansi husitawisha kicho “kinachotokana na staha” wanapochunguza mambo ya asili, chasema kitabu Biomimicry.

Ubuni—Hutokana na Mbuni!

Profesa mwandamizi wa biokemia Michael Behe alitaarifu kwamba tokeo  moja la uvumbuzi wa hivi majuzi wa chembe iliyo hai “ni uthibitisho wazi, madhubuti, na wenye kutokeza wa ‘ubuni!’” Aliongezea kwamba tokeo hilo la jitihada za kuchunguza chembe “halina utata wowote na ni lenye maana sana hivi kwamba ni sharti liorodheshwe miongoni mwa mafanikio makubwa kupita yote katika historia ya sayansi.”

Kwa wazi, ushuhuda wa kuwapo kwa Mbuni huwatatanisha wale wanaoitikadi nadharia ya mageuzi, kwa kuwa mageuzi hayawezi kueleza ubuni tata wa viumbe, hususan kwenye chembe na molekuli. “Kuna sababu zenye nguvu,” asema Behe, “za kuamini kwamba ufafanuzi wa Darwin juu ya muundo wa uhai hautafaulu kamwe.”

Katika wakati wa Darwin chembe hai—msingi wa uhai—ilidhaniwa kuwa sahili, na nadharia ya mageuzi ilibuniwa katika enzi hiyo ya kutokujua. Lakini sasa sayansi imepita enzi hiyo. Biolojia ya molekuli na biomimetics zimethibitisha pasipo shaka kwamba chembe ni mfumo ulio tata isivyo kawaida wenye ubuni bora unaofanya utendaji wa vifaa na mashine zetu tata uonekane duni sana kwa kulinganishwa.

Ubuni wa ajabu hutufanya tufikie mkataa wa kimantiki, asema Behe, “wa kwamba uhai ulibuniwa na mtu mwenye akili.” Kwa hiyo, je, si jambo la kiakili kufikiri kwamba Mtu huyo ana kusudi pia, ambalo linahusisha wanadamu? Ikiwa ndivyo, kusudi hilo ni gani? Na je, twaweza kujifunza mengi juu ya Mbuni wetu mwenyewe? Makala ifuatayo itachunguza maswali hayo muhimu.

[Maelezo ya Chini]

[Sanduku katika ukurasa wa 5]

Mdudu Aliyetoweka Asaidia Kuboresha Paneli za Nishati ya Jua

Mwanasayansi fulani alipokuwa akizuru jumba moja la makumbusho, aliona picha za mdudu aliyetoweka ambaye alihifadhiwa katika gundi, yasema ripoti moja katika gazeti New Scientist. Aliona mistari iliyoinuka kwenye jicho la mdudu huyo naye akashuku kwamba huenda ilisaidia jicho la mdudu huyo kunasa nuru zaidi, hasa katika pembe zilizojificha. Yeye na watafiti wengine wakaanza kufanya majaribio na wakathibitisha maoni yao.

Punde si punde wanasayansi wakafanya mipango ya kujaribu kuchonga mistari sawa kwenye kioo cha paneli za nishati ya jua. Ni tumaini lao kwamba mistari hiyo itaongeza kiasi cha nishati inayotokezwa na paneli za nishati ya jua. Huenda ikapunguza uhitaji wa mifumo ghali inayotumiwa leo kuelekeza paneli hizo juani. Kuwa na paneli bora za nishati ya jua huenda kukapunguza matumizi ya fueli ya visukuku na pia uchafuzi—mradi unaostahili. Kwa wazi, uvumbuzi kama huu hutusaidia kuthamini kwamba vitu vya kiasili ni vyanzo vikuu vya ubuni wa kustaajabisha usiogunduliwa bado, usioeleweka na, iwezekanapo usioigwa kwa ajili ya matumizi muhimu.

[Sanduku katika ukurasa wa 6]

Kumsifu Anayestahili

Mnamo mwaka wa 1957, mhandisi Mswisi George de Mestral aligundua kwamba vichomanguo vidogo vyenye kunata vilivyoning’inia kwenye mavazi yake vilikuwa na kulabu ndogo nyingi. Alichunguza vichomanguo hivyo na kulabu zake, mara akachochewa kubuni. Alitumia miaka minane iliyofuata kutengeneza sanisia inayoshabihi kichomanguo. Uvumbuzi wake ulivutia sana watu na hivi sasa unatumiwa na wote—Velcro [kroshia].

Wazia namna de Mestral angehisi endapo ulimwengu ungeambiwa kwamba hakuna mtu aliyebuni Velcro, ya kwamba ilitokana na mfululizo wa maelfu ya aksidenti katika karakana. Kwa wazi, kutopendelea na haki hudai kwamba sifa imwendee anayestahili. Wanadamu wanaovumbua hulinda sifa yao kwa kupokea hati zinazolinda vitu vyao visiigwe. Naam, yaonekana kwamba wanadamu wanastahili kutambuliwa, kutuzwa fedha, na hata kusifiwa kwa ajili ya vitu wanavyovumbua, ambavyo mara nyingi huwa mifano duni ya vitu vya kiasili. Je, Muumba wetu mwenye hekima hapaswi kupokea sifa kwa ajili ya vitu bora alivyobuni hapo kale?

[Picha katika ukurasa wa 5]

Gramu moja ya mfupa ni ngumu zaidi ya gramu moja ya feleji

[Hisani]

Anatomie du gladiateur combattant. . .., Paris, 1812, Jean-Galbert Salvage

[Picha katika ukurasa wa 7]

Shahamu ya nyangumi huwawezesha kuelea, huwalinda dhidi ya baridi, na ni akiba ya chakula

[Hisani]

© Dave B. Fleetham/ Visuals Unlimited

[Picha katika ukurasa wa 7]

Ngozi ya mamba na aligeta yaweza kukinza mikuki, mishale, na hata risasi

[Picha katika ukurasa wa 7]

Hariri ya buibui ina nguvu zinazozidi zile za feleji kwa mara tano, ni yenye kunyumbulika sana pia

[Picha katika ukurasa wa 8]

Ubongo wa kigogota umelindwa na mfupa mgumu unaotenda kama shokomzoba

[Picha katika ukurasa wa 8]

Vinyonga hubadili rangi ili wapatane na mazingira yao

[Picha katika ukurasa wa 8]

“Nautilus” ana chemba za pekee zinazomwezesha adhibiti ueleaji

[Picha katika ukurasa wa 9]

Ndege-mvumaji mwenye shingo ya zambarau husafiri umbali wa kilometa 1000 kwa kutumia fueli inayopungua gramu tatu

[Picha katika ukurasa wa 9]

Ngisi hutumia aina fulani ya injini ya jeti

[Picha katika ukurasa wa 9]

Maajabu ya kemikali hutokeza mmweko mwangavu wa vimulimuli

[Hisani]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited