Predstavljajte si, da se plazite po gozdnem dnu in brezskrbno iščete nekaj gliv, da bi se zadušili, ko se od nikoder pojavi mravlje z izbočenimi očmi in par dolgih, vitkih, britvic, opremljenih z rezili, vlečenih za glavo . Poskusite poskočiti na varnost, toda čeljusti bitja so prehitre - če jih napol v pol milisekunde naenkrat nataknete z obeh strani, preden ste sploh šli kamor koli. Takšna je značilna izkušnja v žalostni, kratki življenjski dobi vzpenjavke, ki je bila izbira za divjaške "pasti-čeljusti" mravlje iz rodu Myrmoteras .
Mravljice iz pasti v čeljusti že dolgo vzbujajo zanimanje za Freda Larabeeja, podoktorskega raziskovalca Smithsonianovega nacionalnega naravoslovnega muzeja in vodilnega avtorja vrhunskega prispevka o fiziologiji vzorcev Myrmoteras, ki je bil danes objavljen v Journal of Experimental Biology . V študiji si Larabee in njegove kohorte želijo odgovoriti na dve različni vprašanji glede teh redkih malezijskih žuželk: kako hitro so njihove smrtonosne čeljusti in kako ustvarjajo svojo moč?
Myrmoteras - iz grškega za "pošastna mravlja" - je le ena vrsta mravov, ki se ujamejo v čeljusti, in občasna sorta. Za študijo so bile zbrane štiri celotne kolonije, od katerih sta bili dve iz obeh vrst v rodu in je bilo potrebno veliko kopanje po leglu iz Borneove džungle. Raziskovanje pasti čeljusti je tako zanimivo za Larabee in druge mirmekologe (mravlje biologe) je funkcionalna podobnost med vrstami, ki so se razvile popolnoma neodvisno ena od druge.
"Čeljustne pasice so res izjemne, " pravi Larabee, ki ugotavlja, da so se razvili iz petih različnih mravljinških rodov v petih različnih oblikah. "Razvili so se večkrat znotraj mravlje. Če si lahko ogledate povsem drugačno pripadnost, drugačen izvor vedenja in morfologije, vam daje edinstveno priložnost za preučevanje konvergentne evolucije - v bistvu ponavljajoče se vzporedne evolucije tega [trap-čeljusti] sistema. "
Ko se je ponudila priložnost za sodelovanje z Myrmoterasom - rodom, o katerem je bilo znanega malo dragocenega - je bila Larabee čez luno. Prej je sodeloval z bolj pogostimi rodovi Anochetus in Odontomachus, vendar je vedel, da je naravo konvergentne evolucije verjetno, da so mirmoteraške mravlje razvile enako zlobno napadalno sposobnost s povsem različnimi anatomskimi sredstvi.
Larabee in njegovi soavtorji so pričakovali, da bo napad mandibule Myrmoteras edinstven, vendar je obseg njegove neskladnosti z napadi drugih rodov presenetil.
Da bi izmerili kotno hitrost mravljinčeve čudežne čeljusti, se je ekipa oprla na fotografiranje visoke hitrosti.
»Za upočasnitev gibanja smo uporabili kamero, ki bi lahko snemala s 50.000 sličic na sekundo, « in to dovolj hitro, da smo jo lahko upočasnili, da dejansko izmerimo trajanje stavke in tudi največjo hitrost . "
Mandibula se pri najhitrejšem gibanju giblje z linearno hitrostjo 60 milj na uro, celotno gibanje pa je končano v približno 1 / 700. uri od časa, ko človek utripa z očmi.
Zabavno pa je presenetilo Larabee, da ta rezultat ni bil tako hiter. "V primerjavi z drugimi mravljicami z vilicami je precej počasen, " pravi v smehu. Dejansko je kleščeče gibanje mravov Odontomachus popolnoma dvakrat hitrejše.
Larabee je menil, da mora biti vzrok za primerljivo minljivost udarcev čeljusti Myrmoteras povezan z anatomskimi strukturami, ki jim to omogočajo - predmet drugega dela njegove raziskave.
Poleg preizkušene metode pregledovanja vzorcev pod mikroskopom zaradi namigov o delovanju njihovega sistema lovilnih čeljusti je ekipa Larabeeja prinesla tudi sodobno tehnologijo, ki je bila prej neproverjena na področju raziskovanja pasti in čeljusti: Rentgenski mikro CT.
Mikro-CT tehnika je raziskovalcem, kot je Larabee, v bistvu skrčena različica preiskave CAT, ki jo boste morda prejeli v zdravniški ordinaciji, bolje spoznati notranje strukture v danem vzorcu in kako so razporejene v tri- dimenzijski prostor.
"V digitalnem okolju, " pravi Larabee, je lahko "pogledal strukture in videl, kako se med seboj povezujejo in kje mišice pritrjujejo na čeljust." Je velik zagovornik mikro-CT tehnologije, ki zagotavlja pomembne vpoglede, ne da bi škodoval vzorcu. (Glede na to, da najboljša praksa pri preučevanju arhiviranih primerkov ni njihova sprememba, bi lahko mikro-CT pokazal kot glavni pohod za Larabeejeve muzejske kolege naprej.)
Evolucijski biolog in entomolog Corrie Moreau, profesor v prirodoslovnem muzeju Field Field, je navdušen nad tehnično strogostjo raziskave Myrmoteras in možnimi posledicami za to področje.
"Resnična moč te študije Larabeeja, Gronenberga in Suareza, " pravi, "je raznolikost orodij in tehnik, ki so jih avtorji uporabili za popolno razumevanje mehanizmov, ki jih ta skupina mravov uporablja za povečanje moči."
Larabee je s svojo CT analizo ugotovil, da so mehanizmi zaklepanja, vzmeti in sproženja, ki omogočajo Myrmoterasu, da izvajajo svoje čeljustne napade, verjetno vse bistveno drugačne od njihovih enakovrednih vrst v mravljincih z lovi v čeljusti drugih rodov.
Morda je najbolj zanimiv mehanizem zaklepanja, ki čeljusti drži narazen, če niso vpeti. Pred napadom se miremoterapijske mandibule ločijo na neverjetnih 270 stopinj - pri Anochetu in Odontomachusu je ta kot le 180. Mikro-CT slikanje na to osvetli nekaj (visoko energijsko) svetlobo, kar kaže na to, da "nasprotni vzvodi dveh mišic vlečenje mandibule spodbudi, da mandibula ostane odprta, ker so mišice pritrjene na čeljustni sklep. "
Konfiguracija Myrmoteras je bizarna. "To je sistem zaklepanja, kakršnega ne vidite pri drugih mravljah z vlečno čeljustjo, " pravi Larabee.
Rentgenski mikro CT-posnetki so Larabeeju in njegovim soavtorjem omogočili, da povežejo, kar so opazili v videoposnetkih in pod mikroskopom, z določenimi mišičnimi skupinami v glavah mravelj. Na tej sliki modra predstavlja "hitro bližje mišico", za katero se verjame, da premika čeljust v gibanju, rdeča pa "počasnejšo bližnjo mišico", ki zaključi delo. (Fredrick Larabee idr.) Ta nenavadna metoda zaklepanja sporoča še en vidik čeljustne naprave: sprožilec. V glavah drugih mravlje vlečne čeljusti je sprožilna mišica - ki daje čeljustim začetnim navorom - majhna. Zaradi načina delovanja zaklepnega sistema v Myrmoterasu je ta sprožilec bistveno hitrejši in ga zlahka zaznamo v CT pregledih.
Nenazadnje je vzmetni mehanizem, ki Myrmoteras mravljam omogoča, da shranijo potencialno energijo, ki postane kinetična energija, ko se sprostijo. Larabee domneva, da je glavni vir tega pomladanskega potenciala reženj na zadnji strani mravelj, ki se je na fotografiji na visoki hitrosti med napadi vidno deformiral. Potrebne so dodatne raziskave, vendar Larabee pravi, da je "deformacija glave tako velika, da sumimo, da bi to moralo prispevati k shranjevanju energije."
Vsi ti različni dejavniki skupaj tvorijo en sam udarec Myrmoteras, podoben udarcem drugih daljnih rodov pasti-čeljusti na makro ravni, vendar povsem idiosinkratskih na mikro ravni. Medtem ko napadi Myrmoteras ne najemajo tako velikega zamaška kot napadi drugih mravelj, Larabee hitro opozori, da so delo končali.
"Pol milisekunde ni ničesar, ki bi se smilil pri hitrosti, " pravi, "in precej hitro je ujeti vzmetni rep ." Tudi s svojim šibkejšim aparatom mirmoterasove mravlje ustvarijo približno 100-krat večjo moč z elastičnimi orodji, ki jih imajo razvila se je, kot bi lahko kadarkoli samo z neposrednim delovanjem mišic.
Zakaj so ravno te mravlje razvile to sposobnost, ni jasno, toda Larabee meni, da ima to veliko opravka z njihovimi spretnimi cilji. "Na koncu končate z oborožitvenimi tekmami med plenilci in pleni, " pravi. "Če si gazela, moraš teči hitro, kar pomeni, da bo gepard tekel še hitreje. In sumim, da je plen, ki mu lahko pobegnejo zelo hitro, "podobno kot" Springtails ", " dober pritisk, da izberete te res hitre plenilce. "
Moreau je optimističen, da bo ta raziskava odprla vrata za nadaljnje preiskave širšega, pogosto presenetljivega sveta konvergentne evolucije.
"Ob tako številnih mravih in drugih organizmih, ki se zanašajo na povečanje moči, da bi ujeli plen, " pravi, se sprašuje: "Na koliko načinov se lahko ta učinkovita strategija razvije v živalskem kraljestvu? In ta študija lepo dopolnjuje naše razumevanje tega zelo zanimivega vprašanja. "
