Meile teadaolevalt leiutasid Aleksandrias elanud Kreeka mehaanikud mehaanilise käigukasti - ühtlase suurusega hambad, mis lõigati kaheks erinevaks pöörlevaks pinnaks, et need lukustuksid pöördes - millalgi umbes 300 aastat eKr. Selle sajandite jooksul on lihtsast kontseptsioonist saanud moodsa tehnoloogia nurgakivi, mis võimaldab kasutada igasuguseid masinaid ja sõidukeid, sealhulgas autosid ja jalgrattaid.
Nagu selgub, peksis Issus coleoptratus'ina tuntud kolme millimeetri pikkune hüppeline putukas meid selle leiutisega. Suurbritannia Cambridge'i ülikooli bioloogide Malcolm Burrows ja Gregory Sutton avastasid, et liikide noorjärkudel on keeruline haardesüsteem, mis lukustab selja jalad kokku, võimaldades mõlemal lihal pöörduda täpselt samal hetkel, põhjustades pisikesed olendid hüppavad edasi.
Issus coleoptratus
Hammasrattad asuvad putukate tagumiste jalgade ülemises segmendis
Täna ajakirjas Science avaldatud leid on arvatavasti esimene funktsionaalne hammasülekandesüsteem, mis looduses kunagi avastatud. Issuse perekonnast putukaid, mida tavaliselt kutsutakse taimetaimedeks, leidub kogu Euroopas ja Põhja-Aafrikas. Burrows ja Sutton kasutasid hammasülekande olemasolu avastamiseks ja selle täpse funktsiooni selgitamiseks elektronmikroskoope ja kiiret videolõiku.
Hammasülekande põhjus on nende sõnul koordinatsioon: hüppamiseks peavad mõlemad putuka tagumised jalad samal ajal edasi liikuma. Kuna mõlemad liiguvad külgsuunas, kui ühte pikendatakse murdosa sekundist teisest varem, lükkaks see putuka otse ette hüppamise asemel kursi paremale või vasakule.
Hammasratas on elegantne lahendus. Teadlaste kiiretest videotest selgus, et 8, 7 miili tunnis kiirusel hüppavad olendid tõmbasid tagajalad hüppeasendisse ja lükkasid siis edasi, liikudes igaüks 30 mikrosekundi jooksul (see on 30 miljonit sekundit sekundist) ) teisest.
Jalade peeneks hammastatud käigud võimaldavad seda juhtuda. " Issuses kasutatakse luustikku keeruka probleemi lahendamiseks, mida aju ja närvisüsteem ei suuda, " ütles Burrows pressiteates.
Hammasrattad asuvad putukate tagumiste jalgade ülaosas (lõikudel, mida tuntakse trochantera nime all) ja neil on 10 kuni 12 koonushammast, igaüks umbes 80 mikromeetrit lai (või 80 miljonit millimeetrit). Kõigis uuritud Issuse punkrites oli mõlemal tagajalgal sama arv hambaid ja käigud lukustusid korralikult. Hammaste põhjas on isegi fileeritud kõverad, see on inimese loodud mehaanilistesse hammasratastesse sisseehitatud disain, kuna see vähendab aja jooksul kulumist.
Et kinnitada, et käigukastid seda funktsiooni täitsid, tegid teadlased mõne surnud Issusega korraliku (ehkki morbiidse) triki. Nad tõmbasid jalad käsitsi tagasi hüppeasendisse, stimuleerisid seejärel ühe jala peamist hüppelihast elektriliselt, nii et jalg sirutus. Kuna see oli hammasrataste abil pöörlevalt lukustatud, liikus ka teine stimuleerimata jalg ja surnud putukas hüppas edasi.
Peamine mõistatus on asjaolu, et samade putukate liikide täiskasvanutel puudub ülekanne - kui noorukid suurenevad ja nende nahk eemaldub, ei õnnestu neil neid hammasid uuesti kasvatada ja täiskasvanud jalad on teise mehhanismiga sünkroniseeritud ( rida eendeid ulatub mõlemast tagajalast ja surub teise jala tööle).
Burrows ja Sutton loodavad, et seda saab seletada hammasülekande habrasusega: kui üks hammas puruneb, piirab see disaini tõhusust. See pole nii suur probleem alaealiste jaoks, kes enne täiskasvanueas korduvalt liuglevad ja uusi käike kasvatavad, kuid küpse Issuse jaoks oleks hammaste vahetamine võimatu - seega ka alternatiivne paigutus.
Varem on teistelt loomadelt leitud käigukastilisi konstruktsioone (näiteks kilpkonn või rattaviga), kuid need on puhtalt dekoratiivsed. See näib olevat esimene looduslik disain, mis toimib mehaaniliselt nagu meie süsteemid.
"Me mõtleme käikudele tavaliselt kui millelegi, mida näeme inimese konstrueeritud masinates, kuid oleme leidnud, et see on ainult sellepärast, et me ei näinud piisavalt kõvasti välja, " sõnas Sutton. “Need käigud pole mõeldud; nad on välja töötatud - esindavad kiireid ja täppismasinaid, mis on loodud sünkroniseerimiseks loomailmas. "
