Zamislite da puzite po šumskom dnu, besposleno tražeći gljivicu da se uguši, kad se niotkuda pojavi mrav s ispupčenim očima i par dugih, vitkih živaca opremljenih noževima povučenih iza glave, Pokušavate skočiti na sigurno, ali čeljusti bića su prebrze - navlačeći se u pola milisekunde, udaraju vas s dvije strane odjednom, prije nego što uopće krenete bilo gdje. Takvo je tipično iskustvo u tužnom, kratkom životu proljeća, plijen izbora za divljake „zamke-čeljusti“ mrave roda Myrmoteras .
Trap-čeljusti mravi dugo su bili izvor fascinacije za Freda Larabeeja, postdoktorskog istraživača Smithsonianovog nacionalnog prirodoslovnog muzeja i vodećeg autora vrhunskog rada o fiziologiji uzoraka Myrmoterasa, objavljenog danas u časopisu Journal of Experimental Biology . U studiji, Larabee i njegove kohorte imaju za cilj odgovoriti na dva različita pitanja o ovim rijetkim malezijskim insektima: koliko su brze čeljusti i kako stvaraju svoju snagu?
Myrmoteras - od grčkog za "monstruozni mrav" - je jedna od različitih mrava trap-čeljusti i neuobičajena raznolikost. Za prikupljanje četiri cijele kolonije za istraživanje, dvije iz svake dvije vrste iz roda, zahtijevalo se opsežno kopanje po leglu borneanske džungle. Ono što istraživanje trap-čeljusti čini fascinantnim za Larabee i ostale mirmekologe (biološke mravlje) je funkcionalna sličnost opažena između vrsta koje su se razvijale potpuno neovisno jedna o drugoj.
"Trap-čeljusti su zaista izvanredne", kaže Larabee, koja napominje da su se razvili u pet različitih mravljih rodova u pet različitih oblika. "Razvili su se više puta unutar mrava. Biti u stanju gledati potpuno drugačiju lozu, različito podrijetlo ponašanja i morfologije, daje vam jedinstvenu priliku za proučavanje konvergentne evolucije - u osnovi ponovljene, paralelne evolucije ovog [zamka-čeljusti] sustava. "
Kad joj se ponudila prilika da radim s Myrmoterasom - rodom o kojem se malo dragocjenog poznavalo - Larabee je bila preko mjeseca. Prije je surađivao s češćim rodovima klopki čeljusti Anochetus i Odontomachus, ali poznavajući prirodu konvergentne evolucije, smatrao je vjerojatnim da su mirmoteraski mravi razvili istu zlokobnu sposobnost napada potpuno drukčijim anatomskim sredstvima.
Larabee i njegovi koautori očekivali su da će napad mabrice Myrmoteras biti jedinstven, ali opseg njegove različitosti od onih ostalih rodova došao je kao iznenađenje.
Kako bi izmjerili kutnu brzinu osakaćenog čeljusti udara mrava, tim se oslanjao na fotografiranje velike brzine.
"Koristili smo kameru koja bi mogla snimati brzinom od 50 000 kadrova u sekundi da usporimo pokret", kaže on, "a to je bilo dovoljno brzo da ga možemo usporiti da zapravo izmjerimo trajanje štrajka, a također i vršnu brzinu „.
Manendibula se najbrže kreće linearnom brzinom od 60 milja na sat, a cjelokupno kretanje im je gotovo u približno 1 / 700. trenutku od kada je potrebno da čovjek trepne očima.
Zabavno je to što je iznenadilo Larabee to što taj rezultat nije tako brz. "U usporedbi s drugim mravima na čeljusti s zamkom, prilično je spor", kaže on uz smijeh. Doista, pincer gibanje Odontomachus mrava je potpuno dvostruko brže.
Larabee je pretpostavljao da razlog uspoređenosti tromosti čeljusti Myrmoterasa mora imati veze s omogućenim anatomskim strukturama - predmet je drugog dijela njegovog istraživanja.
Pored isprobane metode ispitivanja uzoraka pod mikroskopom radi traženja u vezi sa radom njihovog sustava klopke-čeljusti, Larabeeov tim donio je modernu tehnologiju koja je prethodno bila neprovjerena u području istraživanja trap-čeljusti i mrava: Rendgenski mikro CT.
U osnovi skraćena verzija CAT skeniranja koju biste mogli primiti u liječničkoj ordinaciji, mikro-CT tehnika omogućuje istraživačima poput Larabee da bolje upoznaju unutarnje strukture prisutne u određenom uzorku i kako su raspoređene u tri, dimenzijski prostor.
"U digitalnom okruženju", kaže Larabee, bio je u stanju "pogledati strukture i vidjeti kako se međusobno odnose i gdje se mišići spajaju na čeljusti." On je veliki zagovornik mikro-CT tehnologije, što pruža značajne uvide bez da nanosi štetu uzorku. (S obzirom da najbolja praksa za proučavanje arhiviranih uzoraka nije njihovo mijenjanje, mikro-CT mogao bi se pokazati glavnim blagodatom za Larabeejeve muzejske kolege koji idu naprijed.)
Evolucijski biolog i entomolog Corrie Moreau, profesor Prirodoslovnog muzeja u Chicagu, uzbuđen je tehničkom rigoroznošću istraživanja Myrmoterasa i svojim mogućim implikacijama na to područje.
"Prava snaga ove studije Larabee, Gronenberg i Suarez", kaže ona, "je raznolikost alata i tehnika koje su autori koristili da u potpunosti razumiju mehanizme korištene u ovoj grupi mrava kako bi postigli pojačanje snage."
Ono što je Larabee utvrdio svojom CT analizom je da su mehanizmi za zaključavanje, oprugu i okidanje koji omogućuju Myrmoterasu da izvrši napade čeljusti vjerojatno se bitno razlikuju od njihovih ekvivalenta kod mrava trap-čeljusti drugih rodova.
Možda je najintrigantniji mehanizam za zaključavanje koji razdvaja čeljusti kada nije ukočen. Prije napada, miremoteraske mandibule razdvojene su nevjerojatnih 270 stupnjeva - u Anohetu i Odontomachusu ovaj je kut samo 180. Snimanje mikro-CT-a osvjetljava nešto (visoko-energetsko) svjetlo, sugerirajući da su "suprotstavljene poluge dva mišića povlačenjem za mandibulu pogoduje mandibula koja ostaje otvorena zbog načina na koji su mišići pričvršćeni na zglobu mandibule. "
Myrmoteras konfiguracija je bizarna. "To je sustav zaključavanja koji ne vidite kod drugih mrava iz zamke", kaže Larabee.
X-ray mikro-CT snimci omogućili su Larabeeu i njegovim koautorima da povežu ono što su opazili u videozapisima i pod mikroskopom s određenim mišićnim skupinama unutar glave mrava. Na ovoj slici plava boja predstavlja "brzi mišiće koji se bliži", za koji se vjeruje da pokreće mandibulu, a crveno "sporiji mišiće bliže", što dovršava posao. (Fredrick Larabee i dr.) Ova neobična metoda zaključavanja obavještava o još jednom aspektu uređaja za napad čeljusti: okidaču. U glavama drugih mrava trap-čeljusti, mišić okidača - koji pruža početnu zakretnu čeljust - obično je mali. No, zbog načina funkcioniranja zaključavajućeg sustava u Myrmoterasu, ovaj okidač je znatno slabiji i lako se prepoznaje u CT skenima.
Posljednje, ali ne najmanje bitno, je opružni mehanizam koji Myrmoteras- mravima omogućuje pohranjivanje potencijalne energije koja postaje kinetička energija kad ih se oslobodi. Larabee pretpostavlja da je primarni izvor ovog proljećnog potencijala rebar na stražnjem dijelu glave mrava, koji se na fotografiji velike brzine vidio da se tijekom napada značajno deformira. Potrebna su dodatna istraživanja, ali Larabee kaže da je "deformacija glave toliko velika da sumnjamo da bi to trebalo doprinijeti skladištenju energije."
Svi ti razni čimbenici zajedno se stvaraju jedan jedini udar Myrmoterasa, sličan napadima drugih dalekih rodova trap-čeljusti na makro nivou, ali potpuno idiosinkratski na mikro razini. I dok napadi Myrmoterasa nisu tako veliki, kao što je to slučaj kod ostalih mrava, Larabee brzo ističe kako oni posao obavljaju.
"Pola milisekunde ne može ništa kihnuti s obzirom na brzinu, " kaže, "i dosta je brzo uhvatiti opruženu gredu ." Čak i uz svoj slabiji aparat, mirmoteraski mravi generiraju oko 100 puta veću snagu s elastičnim alatima koje imaju evoluirali nego što su ikada mogli samo kroz direktno djelovanje mišića.
Zašto su upravo ovi mravi razvili tu sposobnost, nije jasno, ali Larabee misli da to ima puno veze sa njihovim okretnim ciljevima. "Završili ste s ovim utrkama oružja između grabežljivaca i plena", kaže on. "Ako ste gazela, morate brzo trčati, a to znači da će gepard trčati još brže. I sumnjam da je plijen koji može brzo pobjeći "- poput proljetnih vrhova -" dobar pritisak da odaberete ove stvarno brze grabežljivce. "
Moreau je optimističan da će ovo istraživanje otvoriti vrata za daljnja ispitivanja šireg, često zadivljujućeg svijeta konvergentne evolucije.
"Uz toliko mrava i drugih organizama, oslanjajući se na pojačanje moći za hvatanje plena", kaže ona, pita se: "Koliko načina se ova učinkovita strategija može razviti u životinjskom carstvu? A ova studija lijepo nadopunjuje naše razumijevanje ovog vrlo zanimljivog pitanja. "
