Představte si, že se plazíte po lesním dně, když idylně hledáte trochu houby, na kterou se budete chovat, když se z ničeho nic objeví mravenec s vyboulenýma očima a pár dlouhých, štíhlých, čepelí vybavených čepelí žiletky, natažených za hlavu . Pokoušíte se odskočit do bezpečí, ale čelisti tvora jsou příliš rychlé - bičování kolem půl milisekundy vás napíchne ze dvou stran najednou, než jste vůbec odešli. Takový je typický zážitek ve smutném, krátkém životě pramenů, kořisti volby pro divoké „ pastviny“ rodu Myrmoteras .
Trap-čelisti mravenci jsou už dlouho zdrojem fascinace pro Freda Larabeeho, postdoktorského výzkumníka v Smithsonianově Národním muzeu přírodní historie a hlavním autorem špičkového papíru o fyziologii vzorků Myrmoteras zveřejněných dnes v časopise Journal of Experimental Biology . Ve studii se Larabee a jeho kohorty snaží odpovědět na dvě odlišné otázky o těchto vzácných malajských hmyzích: přesně jak rychle jsou jejich smrtící čelisti a jak je možné, že vytvářejí svou sílu?
Myrmotery - od Řeka pro „monstrózní mravence“ - to je jen jedna z řady mravenců s trapézovou čelistí a neobvyklá rozmanitost. Shromažďování čtyř celých kolonií pro studii, dvě z každého ze dvou druhů v rodu, vyžadovalo rozsáhlé prohrabávání prostřednictvím vrhu listů džungle Bornean. To, co dělá výzkum pastí čelistí tak fascinujícím pro Larabee a další myrmecology (biology mravenců), je funkční podobnost pozorovaná mezi druhy, které se vyvinuly zcela nezávisle na sobě.
"Trap-čelisti jsou opravdu pozoruhodné, " říká Larabee, který poznamenává, že se vyvinuli v pěti odlišných rodech mravenců v pěti různých formách. "Vyvinuli se několikrát u mravenců." Být schopen podívat se na úplně jinou linii, odlišný původ chování a morfologie, vám dává jedinečnou příležitost studovat konvergentní vývoj - v podstatě opakovaný paralelní vývoj tohoto systému [trap-jaw]. “
Když nabídla možnost pracovat s Myrmoterasem - rodem, o kterém byla známá vzácná maličkost - byl Larabee nad měsícem. Dříve pracoval s běžnějším rodem pastí a čelistí Anochetusem a Odontomachem, ale protože věděl o povaze konvergentní evoluce, považoval za věrohodné, že mravenci Myrmoterů vyvinuli stejnou brutální schopnost útoku prostřednictvím zcela odlišných anatomických prostředků.
Larabee a jeho spoluautoři očekávali, že útok Myrmoterů bude jedinečný, ale rozsah jeho nepodobnosti s těmi jiných rodů byl překvapením.
Za účelem měření úhlové rychlosti mravčího úderu mravenců se tým spoléhal na vysokorychlostní fotografii.
„Použili jsme kameru, která mohla filmovat rychlostí 50 000 snímků za sekundu, aby zpomalila pohyb, “ říká, „a to bylo dostatečně rychlé, aby bylo možné zpomalit, aby bylo možné měřit dobu úderu a také maximální rychlost. . “
Ve své nejrychlejší době se mandibuly pohybují lineární rychlostí 60 mil za hodinu a celý jejich pohyb je dokončen během přibližně 1 700. času, kdy člověk mrkne očima.
Je ale zábavné, že Larabee překvapilo, že tento výsledek nebyl tak rychlý. "Ve srovnání s jinými mravenci v pasti je to docela pomalé, " říká se smíchem. Ve skutečnosti je klešťový pohyb mravenců Odontomachus plně dvakrát rychlejší.
Larabee předpokládal, že důvod komparativní slabosti čelistních stávek Myrmoterasu musí souviset s anatomickými strukturami, které je umožňují - předmětem druhé části jeho výzkumu.
Kromě vyzkoušené a pravdivé metody zkoumání vzorků pod mikroskopem na náznaky ohledně fungování jejich systému pasti-čelisti, Larabeeho tým přinesl moderní technologii, která nebyla dosud vyzkoušena v oblasti výzkumu mravenců: Rentgenové mikro-CT skenování.
V podstatě zmenšená verze skenování CAT, kterou můžete obdržet v ordinaci lékaře, technika micro-CT umožňuje vědcům jako Larabee získat lepší představu o vnitřních strukturách přítomných v daném vzorku a o tom, jak jsou uspořádány do tří - rozměrný prostor.
"V digitálním prostředí, " říká Larabee, byl schopen "podívat se na struktury a zjistit, jak se vztahují k sobě navzájem a kde se svaly připevňují k čelisti." Je obrovským zastáncem technologie micro-CT, což poskytuje významné poznatky, aniž by došlo k poškození vzorku. (Vzhledem k tomu, že nejlepší praxí při studiu archivovaných vzorků je nemění, může se mikro-CT ukázat jako hlavní výhoda pro další kolegy Larabeeho muzea.)
Evoluční biolog a entomolog Corrie Moreau, profesor přírodovědného muzea v Chicagu, je nadšená technickou rigorózou výzkumu Myrmoteras a jeho možnými důsledky pro dané pole.
„Skutečnou silou této studie Larabee, Gronenberg a Suarez, “ říká, „je rozmanitost nástrojů a technik, které autoři použili k úplnému pochopení mechanismů, které tato skupina mravenců používá k dosažení zesílení energie.“
Larabee se svou analýzou CT zjistil, že mechanismy blokování, pružení a spouště, které umožňují Myrmoterům provádět útoky čelistí, se pravděpodobně všechny významně lišily od jejich ekvivalentů v mravencích jiných čeledí.
Nejzajímavějším je možná blokovací mechanismus, který udržuje čelisti od sebe, když nejsou zapojeny. Před útokem jsou mandaly Myrmoteras odděleny neuvěřitelnými 270 stupni - v Anochetus a Odontomachus je tento úhel pouze 180. Zobrazování pomocí mikro-CT vrhá na to nějaké (vysoce energetické) světlo, což naznačuje, že „protichůdné páky dvou svalů tahem za čelist zvýhodňuje čelist otevřenou, kvůli způsobu, jakým jsou svaly připevněny k čelisti kloubu. “
Konfigurace Myrmoteras je bizarní. "To je uzamykací systém, který nevidíte u jiných mravenců s pastí, " říká Larabee.
Rentgenové snímky mikro-CT umožnily Larabeeovi a jeho spoluautorům propojit to, co pozorovali ve videích a pod mikroskopem, se specifickými svalovými skupinami v hlavách mravenců. Na tomto obrázku modrá představuje „rychle se blíže svalnatý svazek“, o kterém se předpokládá, že uvede do pohybu čelist, a červenou „pomalu se blíže svalnatý sval“, který dokončí práci. (Fredrick Larabee a kol.) Tato neobvyklá metoda uzamčení informuje další aspekt aparátu útoku čelisti: spouště. V hlavách ostatních mravenců s lapací čelistí má spouštěcí sval - který dává mandibulím jejich počáteční točivý moment - tendenci být malý. Vzhledem k tomu, jak blokovací systém funguje v Myrmoterách, je však tento spouštěč podstatně silnější a při CT skenech je snadno rozpoznatelný.
V neposlední řadě je to pružinový mechanismus, který umožňuje mravencům Myrmoteras ukládat potenciální energii, která se stává kinetickou energií, když se uvolní. Larabee předpokládá, že primárním zdrojem tohoto jarního potenciálu je lalok na zádech hlav mravenců, který byl ve vysokorychlostní fotografii během útoků viditelně deformován. Je nutný další výzkum, ale Larabee říká, že „deformace hlavy je tak velká, že máme podezření, že to má přispět k ukládání energie.“
Všechny tyto různé faktory se spojí, aby vytvořily jediný Myrmoteras stávka, podobná stávkám jiných daleko odhozených rodů pastí-čelistí na makro úrovni, ale naprosto idiosynkratická na mikro úrovni. A zatímco útoky Myrmoterasu nejsou tak velké, jako u jiných mravenců, Larabee rychle upozorňuje, že svou práci zvládnou.
„Půl milisekundy není nic, co by se kýchalo co do rychlosti, “ říká, „a je dost rychlé zachytit pružinu.“ I když jsou jejich slabší aparáty, mravenci Myrmoteras generují asi 100krát větší sílu pomocí elastických nástrojů, které mají vyvinula se, než kdykoli předtím, díky přímému působení svalů.
Proč přesně tito mravenci tuto schopnost vyvinuli, není jasné, ale Larabee si myslí, že to má hodně společného s jejich svižnými cíli. "Skončíte s těmito závody zbraní mezi dravci a kořistí, " říká. "Jestli jsi gazela, musíš běžet rychle, a to znamená, že gepard poběží ještě rychleji." A mám podezření, že mít kořist, která je schopna velmi rychle uniknout. “- na rozdíl od pramenů -„ je dobrý tlak na výběr pro tyto opravdu rychlé predátory. “
Moreau je optimistický, že tento výzkum otevře dveře pro další šetření ve větším, často úžasném světě konvergentní evoluce.
"S tolika mravenci a dalšími organismy, kteří se spoléhají na zesílení síly, aby zachytili kořist, " říká, jeden se ptá: "Kolik způsobů se může tato účinná strategie vyvinout v celém království zvířat?" A tato studie pěkně přispívá k pochopení této velmi zajímavé otázky. “
