Kujutage ette, et indekseerite mööda metsaalust ja otsite jõude, et natukenegi seeni sirutada, kui kuskilt paistab punnis silmadega sipelgas ja pea taha tõmmatud paar pikka, sihvakat, habemenuga varustatud mandlit. . Üritate küll ohutuse poole hüpata, kuid olendi lõuad on liiga kiired - poole millisekundi jooksul piitsutades löövad nad teid korraga kahelt küljelt, enne kui olete üldse kuskile läinud. See on tüüpiline kogemus Myrmoterase perekonna metsikute „lõksu-lõualuu“ sipelgate valitud kurikaelse ja lühikese eluea jooksul.
Lõksu-lõualuu sipelgad on juba pikka aega olnud Smithsoniani Riikliku Loodusmuuseumi järeldoktorantuuri ja täna ajakirjas Journal of Experimental Biology avaldatud Myrmoterase eksemplaride füsioloogiat käsitleva tipptasemel uurimistöö autor Fred Larabee jaoks. Uuringus püüavad Larabee ja tema kohordid vastata kahele selgelt eristatavale küsimusele nende haruldaste Malaisia putukate kohta: kui kiiresti on nende surmavad lõualuud ja kuidas nad oma jõudu genereerivad?
Mürmoterad - kreeka keeles väljendiga „koletislik sipelgas“ - on vaid üks lõksu-lõualuu sipelgate sort ja sellel haruldane sort. Uuringuks nelja terve koloonia, kahest perekonnast kahest liigist, kogumine nõudis ulatuslikku rändamist Borne'i džunglilehtede allapanu kaudu. Lõks-lõualuu uurimine teeb Larabee'ile ja teistele mürmekoloogidele (antoloogidele) nii põnevaks, et nende liikide vahel on funktsionaalne sarnasus, mis on arenenud üksteisest täiesti sõltumatuks.
"Lõks-lõualuud on tõesti tähelepanuväärsed, " ütleb Larabee, kes nendib, et nad on arenenud viies erinevas sipelgaperekonnas viies erinevas vormis. “Nad on sipelgate sees mitu korda arenenud. Võimalus vaadata täiesti teistsugust päritolu, käitumise ja morfoloogia erinevat päritolu annab teile ainulaadse võimaluse uurida koonduvat evolutsiooni - põhimõtteliselt selle [lõksu-lõualuu] süsteemi korduvat, paralleelset arengut. ”
Kui Larabee sai võimaluse töötada koos Myrmoterasega - perekonnaga, mille kohta teati vähe väärtuslikku -, oli Larabee kuu kohal. Ta oli varem töötanud tavalisemate lõksude-lõualuude perekondade Anochetuse ja Odontomachusega, kuid teades ühtlase evolutsiooni olemust, pidas ta usutavaks, et Myrmoterase sipelgad olid välja töötanud sama kurja rünnaku võime täiesti erinevate anatoomiliste vahendite abil.
Larabee ja tema kaasautorid ootasid, et Myrmoterase alamrünnak on ainulaadne, kuid selle erinevuse ulatus teiste perekondade omadega oli üllatus.
Sipelgate kurnava lõualuu löögi nurkkiiruse mõõtmiseks tugines meeskond kiirfotograafiale.
"Me kasutasime liikumise aeglustamiseks kaamerat, mis suudaks filmida kiirusega 50 000 kaadrit sekundis, " ütleb ta, "ja see oli piisavalt kiire, et suuta seda aeglustada, et mõõta streigi kestust ja ka tippkiirust . ”
Kiireimal juhul liiguvad mandiblid lineaarkiirusel 60 miili tunnis ja kogu nende liikumine on täielik umbes 1/700-st ajast, mis kulub inimesel nende silma pilgutamiseks.
Ent üllatuslikult pani Larabee üllatuma, et see tulemus polnud nii kiire. "Võrreldes teiste lõksu-lõualuu sipelgatega on see üsna aeglane, " ütleb ta naerdes. Tõepoolest, Odontomachuse sipelgate torkeliikumine on täiesti kaks korda kiirem.
Larabee arvas, et Myrmoterase lõualöökide võrdleva aegluse põhjus peab olema seotud neid võimaldavate anatoomiliste struktuuridega - tema uurimistöö teise osa teema.
Lisaks proovile pandud ja tõesele meetodile uurida isendite mikroskoobi abil nende lõksu-lõualuu süsteemi toimimise kohta vihjeid, tõi Larabee meeskond kaasa kaasaegse tehnoloogia, mida varem oli lõksu-lõualuu uurimise valdkonnas katsetamata: Röntgenikiirguse mikro-CT skaneerimine.
Peamiselt CAT-skaneerimise kahandatud versioon, mille võite saada arsti kabinetis, võimaldab mikro-CT-tehnika teadlastel nagu Larabee saada paremat ettekujutust antud proovis esinevatest sisestruktuuridest ja nende kolmest paigutusest. mõõtmeline ruum.
"Digitaalses keskkonnas, " ütles Larabee, oli ta võimeline "vaatama struktuure ja nägema, kuidas need on üksteisega seotud ning kus lihased kinnituvad mandlile." Ta on mikro-CT tehnoloogia tohutu pooldaja. mis annab olulisi teadmisi isendile kahju tekitamata. (Arvestades, et arhiivitud eksemplaride uurimise parim tava ei tohi neid muuta, võib mikro-CT osutuda Larabee muuseumi kolleegidele edaspidiseks suureks õnnistuseks.)
Chicago evolutsioonibioloog ja entomoloog Corrie Moreau, Chicago loodusloomuuseumi õppejõud, on vaimustatud Myrmoterase uurimistöö tehnilisest rangusest ja selle võimalikust mõjust sellele valdkonnale.
"Selle Larabee, Gronenbergi ja Suarezi uurimuse tegelik tugevus, " ütles ta, "on tööriistade ja tehnikate mitmekesisus, mida autorid kasutasid selle sipelgate rühma mehhanismide täielikuks mõistmiseks võimu võimendamise saavutamiseks."
Larabee leidis oma CT-analüüsiga, et lukustus-, vedru- ja päästikumehhanismid, mis võimaldavad Myrmoterasel oma lõualööke läbi viia, olid tõenäoliselt oluliselt sarnasemad nende võrdväärsusega teiste perekondade lõksu-lõualuu sipelgates.
Kõige intrigeerivam on ehk lukustusmehhanism, mis hoiab lõualuud eemal, kui nad pole haakunud. Enne rünnakut eraldavad Myrmoterase alajalad uskumatult 270 kraadi - Anochetuses ja Odontomachuses on see nurk vaid 180. Mikro-CT-kujutis heidab sellele veidi (suure energiaga) valgust, viidates sellele, et “kahe lihase vastandlikud hoovad mandlile tõmbamine soosib seda, et mandul on avatud, kuna lihased on mandli liigese külge kinnitatud. ”
Myrmoterase konfiguratsioon on veider. "See on lukusüsteem, mida te teistes lõksu-lõualuu sipelgates ei näe, " ütleb Larabee.
Mikro-CT röntgenpildid võimaldasid Larabee'il ja tema kaasautoritel siduda seda, mida nad videotes ja mikroskoobi all vaatasid, sipelgate peades olevate konkreetsete lihasrühmadega. Sellel pildil tähistab sinine "kiirelt lähedasemat lihast", mis arvatakse, et alakese liikuma paneb, ja punasega "aeglaselt lähedasemat lihast", mis töö lõpetab. (Fredrick Larabee jt) See ebatavaline lukustusmeetod teavitab lõualuu rünnaku aparaadi veel ühte aspekti: päästikut. Teiste lõksu-lõualuu sipelgate peades kipub päästikulihas, mis annab mandlile nende esialgse pöördemomendi, olema väike. Lukustussüsteemi funktsiooni Myrmoteras toimimise tõttu on see päästik siiski märkimisväärselt järsem ja on CT-skannimisel hõlpsasti eristatav.
Viimane, kuid mitte vähem tähtis on vedrumehhanism, mis võimaldab Myrmoterase sipelgatel salvestada potentsiaalset energiat, mis vabanemisel muutub kineetiliseks energiaks. Larabee püstitab hüpoteesi, et selle kevadise potentsiaali peamiseks allikaks on sipelgapeade taga olev tüvi, mis kiirel fotograafial nägi rünnakute ajal märkimisväärselt deformeeruvat. Täiendavad uuringud on vajalikud, kuid Larabee sõnul on "pea deformatsioon nii suur, et arvame, et see võib aidata kaasa energia salvestamisele."
Kõik need erinevad tegurid annavad tulemuseks ühe Myrmoterase löögi, mis sarnaneb teiste makrotasemel kaugeleulatuvate lõksu-lõualuu perekondade streikidega, kuid mikrotasandil täiesti idiosünkraatiline. Ja kuigi Myrmoterase rünnakud ei paku nii suurt rahakotti kui teiste sipelgate rünnakud, osutab Larabee kiiresti, et nad saavad selle töö tehtud.
"Pool millisekundit pole kiiruse osas midagi aevastamist, " ütleb ta. "Ja see on piisavalt kiire, et lindi saba hõivata." Isegi nende nõrgema aparaadiga tekitavad Myrmoterase sipelgad nende käes olevate elastsete tööriistadega umbes 100 korda rohkem jõudu. ainuüksi otsese lihaste tegevuse kaudu arenesid nad välja kui kunagi varem.
Miks täpselt need sipelgad selle võime välja arendasid, on ebaselge, kuid Larabee arvab, et sellel on nende krapsakate sihtmärkidega palju pistmist. "Need röövloomade ja röövloomade vahelised võidujooksud lõpevad, " ütleb ta. “Kui sa oled gasell, pead jooksma kiiresti ja see tähendab, et gepard jookseb veelgi kiiremini. Ja ma kahtlustan, et röövloomad, mis pääsevad väga kiiresti põgenema, on sarnaselt kevadiste sabadega hea surve valida nendeks kiireteks kiskjateks.
Moreau on optimistlik, et see uurimistöö avab ukse edasisteks uurimusteks läheneva evolutsiooni suuremas, sageli üllatavas maailmas.
"Nii paljude sipelgate ja teiste organismidega, kes loodavad röövloomade püüdmiseks võimsuse võimendusele, " küsib naine, "mitmel viisil saab see tõhus strateegia areneda kogu loomariigis? Ja see uuring lisab kenasti meie arusaama sellest väga huvitavast küsimusest. ”
