למה סבא לא נרטב

בניסוי הנוכחי נראה תכונה מפתיעה של “סבאים” שנכנסים למים, ונלמד קצת על תכונותיהם המעניינות

ציוד וחומרים

•       כוס מים
•       פרח שהפך ל”סבא”

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי ניתן לראות בסרטון הבא:

טיפ להצלחת הניסוי: נסו לבחור “סבא” צעיר ככל האפשר – כזה שממש נפתח זה עתה, ושהזרעים שלו עדיין מחוברים חזק לבסיס, כך שאם תנשפו עליו הם לא יתעופפו ממנו בקלות. בסבאים ותיקים ויבשים יותר הזרעים מתנתקים כל כך בקלות, שעצם ההכנסה של הסבא למים תגרום להם להתפזר על פני המים.

קרום חוסם

הסוד שמאפשר את ה”פלא” שבניסוי – “סבא” שמוטבל בתוך כוס מים ולא נרטב – תלוי דווקא בתכונה של המים, ושל נוזלים באופן כללי, הנקראת “מתח פנים“. אותו מתח הפנים מוביל ליצירת מעין קרום שקוף ובלתי נראה, הבנוי ממולקולות המים שנמצאות בפני השטח שלהם. 

מולקולות מים הם החלקיקים הקטנים ביותר המרכיבים את המים, וביניהן פועלים כוחות משיכה חשמליים. נחשוב על מולקולה שנמצאת עמוק בתוך הכוס, כך שהיא מוקפת במולקולות אחרות. כל המולקולות האלו ימשכו אותה, אך מכיוון שהן מקיפות אותה, הן מפעילות כוח זהה מכל כיוון, ובסופו של דבר הכוחות הללו מתאזנים ומתאפסים.. מולקולה שנמצאת בפני השטח של המים, לעומת זאת, מרגישה את המשיכה של מולקולות המים רק מהצד שפונה למים, ולא מהצד שפונה לאוויר. כוחות המשיכה לא מתאזנים: הצד של המים מושך בחוזקה את המולקולות שעל פני המים, ללא משיכה נגדית. כך נוצר מתח הפנים.

כתבתי “מעין קרום” כי בשונה מקרום מוצק, כמו קרום שנוצר על חלב חם, או על עוגה בזמן האפייה שלה בתנור, כאן לא מדובר בקרום שבנוי מחומר שונה מזה שמתחתיו, או אפילו מאותו חומר במצב צבירה שונה. אי אפשר לבודד את ה”קרום” הזה – אין שום דבר מיוחד במולקולות שמרכיבות אותו, מלבד היותן כרגע בשכבת הנוזל החיצונית. כשמולקולות ממנו נודדות לתוך פנים המים הן מפסיקות להתנהג כ”קרום”. 

למרות שאינו באמת קרום, מתח הפנים יכול לעמוד בלחצים לא קטנים בלי להיקרע. אפשר למשל להציף עליו חפצים שונים וצפופים מהמים – אפילו מהדק מברזל,  והוא יכול לאטום פתח של פחית שתייה ולמנוע ממנה להישפך. בניסוי שלנו הקרום מתנהג ממש כמו יריעת גומי שעוטפת את ה”סבא” שמוכנס אליה, ומונעת ממנו להכנס אל תוך המים ולהירטב. אם תסתכלו היטב בסבא שנמצא בתוך מים תוכלו לראות שהחלק האמצעי שלו מלא בבועת אוויר הנלכדת בו, דבר שמעיד שאותו חלק לא בא במגע עם המים.

שערות הסבא העדינות, בעלות שטח הפנים הגדול שנועד להאט נפילת זרעי הפרחים מהסבא כמו מצנח (ראו המשך הכתבה), פשוט לא מצליחות לפרוץ את פני השטח של המים. השטח הגדול שלהם גורם לכך שהכוח שהן מפעילות על פני המים מתחלק על פני אזור נרחב. כך, הכוח שהן מפעילות ליחידת שטח (לחץ בשפה המדעית) קטן מכדי לפרוץ את ה”קרום” שעל פני המים. זה דומה למצב בו מניחים בלון על “מיטת” נעצים, ולמרות זאת הגומי שלו לא נקרע, והוא לא מתפוצץ – כפי שעשינו בניסוי אחר. גם שם, הכוח מתחלק על פני אזור נרחב, דבר שיוצר לחץ נמוך בכל נקודה. 

אם אתם רוצים לחזור על הניסוי, השתדלו לבצע את ההכנסה לתוך המים בעדינות. הכנסה “משתוללת” עלולה לגרום לפריצה של הקרום ולהירטבות הסבא, בדיוק כמו שהלחיצה עם האצבעות, שהודגמה בסרטון, עשתה.

מצנח לא אטום

סבאים של פרחים הם למעשה אמצעי להפצת הזרעים שלהם. כל סבא מורכב מזרעים רבים המסודרים ככדור, כאשר לכל זרע מחוברת בחלקו העליון ציצית לבנה שאפשר לכנותה “שערות סבא” (בדומה לשונית, ושונה תפקודית, לממתק “שערות סבתא”). הציצית הזאת, שדומה בצורתה למטריה, משמשת כמעיין מצנח לזרע, שמאט את נפילתו באוויר – וכך נותן לו הזדמנות לעוף הרחק ברוח, וליפול לאדמה במקום מרוחק מצמח האם שלו. מחקר בו החוקרים ביצעו חישוב תיאורטי הראה שזרעים יכולים להרחיק נדוד עד מעל לקילומטר! בהתבוננות במיקרוסקופ על ציצית השיער רואים כי בניגוד למצנח היא לא אטומה, כלומר האוויר בהחלט יכול לעבור דרכה כאשר היא נופלת מטה.

כאן עולה שאלה מעניינת – אם האוויר יכול לעבור דרכה, כלומר המצנח “מחורר”, כיצד הוא מתפקד כל כך טוב? מחקר שנעשה לפני מספר שנים חשף, בעזרת פיזור חלקיקים קטנים באוויר וצילום במצלמות מהירות, כי מעבר האוויר דרך ציצית שערות הסבא גורם ליצירת מערבולות אוויר מעליה, שבתורן יוצרות אזורים עם לחץ אוויר נמוך. אזורים אלו מאטים את נפילת הזרע, כי הם יוצרים כוח ש”שואב” את הזרע כלפי מעלה, וכך פועל נגד כוח המשיכה.

להרחבה, ראו הכתבה שלנו על כוח הריחוף של פלומות הסבא.

המצנחים קטנים

האם באמת עדיף שהזרע יעוף רחוק מצמח האם? מתברר שלא תמיד. מחקר שנערך ביפן על צמח שן הארי מצא כי בצמחים שגדלו בעיר, נפח ציציות הסבא קטן פי שניים בהשוואה לצמחים באיזורים כפריים! יש בכך הגיון הישרדותי ברור. בעיר, המכוסה ברובה “שלמת בטון ומלט” ואספלט, מעטים שטחי האדמה החשופים המאפשרים צמיחה של צמחי בר. לכן, אם כבר ישנו צמח שמצא אדמה כזו ושהצליח לגדול בה, עדיף לו לא לפזר את זרעיו רחוק, אלא דווקא לשמור אותם קרוב אליו – שיפלו ישר מטה, לאותו שטח אדמה נדיר שנמצא. הקטנת ציציות המצנח מפחיתה את יעילותו, ומאפשרת בדיוק את זה. 

אנו רואים כאן דוגמה לתהליך אבולוציוני, אבל חשוב להדגיש שאין כל גורם מתכנן או מחשבה: הצמח לא מבין שעליו להקטין את גודל ציציותיו כדי לשרוד בעיר. למעשה התהליך הוא הפוך, ואכזרי כלפי מי שלא מותאם לסביבה. באופן טבעי יש צמחים עם ציציות גדולות ומפוארות שמאפשרות תעופה רחוקה של הזרעים, ויש כאלו עם ציציות קטנות שלא מרחיקים עוף. בעיר – אלו בעלי הציציות הגדולות הלכו ונכחדו, כנראה משום שלא מצאו מקום להישתל בו. כך עם הזמן התפשטה באוכלוסייה התכונה הגנטית של צמחים בעלי ציציות קטנות, עד המצב בו אנו נמצאים כיום – כשהם השולטים בעיר.

אבל התאמה זו לסביבה טומנת בחובה גם סכנה לעתידו של הצמח: כאשר כל צאצאיו של צמח מסויים צומחים זה לצד זה גדלים מאוד הסיכויים לרביית קרובים. רביית קרובים, בצמחים כמו בבני אדם, מעלה מאוד את הסיכויים למחלות גנטיות מסוימות, שמתפתחות רק אם הגן למחלה מתקבל גם מהאב וגם מהאם. לרוב ישנו סיכוי נמוך מאוד שגם האם וגם האב , שמגיעים ממקומות שונים, נושאים את אותם גנים פגומים המובילים למחלה נדירה. אבל בקרב אותה משפחה הסיכוי לכך גבוה בהרבה: אחים, למשל, עלולים שניהם לשאת את אותו גן שקיבלו מאחד מהוריהם. לכן זיווג ביניהם הוא בעל סיכוי רב לפגישה של אותם גנים פגומים.

סכנה נוספת הוא צמצום במאגר הגנים: המגוון הגנטי של שיני הארי העירוניים היה קטן פי עשרה, בהשוואה לזה של מקביליהם הכפריים, ככל הנראה משום שהם האביקו בעיקר את שכניהם הקרובים ביותר. מגוון גנטי גדול הוא אחד הגורמים המאפשרים את הישרדותו של המין כאשר התנאים משתנים (שוב, אבולוציה). גם ההפך הוא הנכון – כאשר המגוון הגנטי קטן, יכולת התגובה של המין לשינוי בתנאים החיצוניים נפגעת, וכך עולה הסיכון שלו להכחדה. מה נאמר על כך? נקווה שהסבאים העדינים והיפים ימשיכו ללוות אותנו ואת ילדינו עוד שנים רבות.