Замислите да пузите по шумском тлу, беспрекорно тражећи мало гљивице да би се угушио, кад се ниоткуда појави мрав са испупченим очима и пар дугих, витких чељусти са бритвицама повучених иза главе . Покушавате да скочите на сигурно, али чељусти бића су пребрзе - бивајући на пола милисекунде, ударају вас са две стране одједном пре него што уопште иђете било где. Такво је типично искуство у тужном, кратком животу пролећне грознице, плен избора за дивљачке „замке-чељусти“, мраве рода Мирмотерас .
Трап-чељусти мрави су дуго времена био фасцинација за Фреда Ларабееја, постдокторског истраживача Смитхсониановог националног природног музеја и водећег аутора врхунског рада о физиологији узорака Мирмотерас објављеног данас у часопису Јоурнал оф Екпериментал Биологи . У студији, Ларабее и његове колеге имају за циљ да одговоре на два различита питања о овим ретким малезијским инсектима: колико су брзе чељусти и како стварају своју снагу?
Мирмотерас - од грчког за „монструозни мрав“ - је једна од различитих мрава трап-чељусти и неуобичајена сорта у томе. Сакупљање четири цео колоније за ову студију, по две из две врсте из рода, захтевало је опсежно копање по леглу Борнеан џунгле. Оно што истраживање трап-чељусти чини фасцинантним за Ларабее и друге мирмекологе (биолошке мравље) је функционална сличност примећена између врста које су се развиле потпуно независно једна од друге.
"Трап-чељусти су заиста изванредне", каже Ларабее, која напомиње да су се развили у пет различитих мрављих родова у пет различитих облика. „Развили су се више пута унутар мрава. Способност да сагледате потпуно другачију линију, другачије порекло понашања и морфологије, даје вам јединствену прилику за проучавање конвергентне еволуције - у основи поновљене, паралелне еволуције овог [трап-чељусти] система. "
Кад јој се понудила прилика да сарађујем са Мирмотерасом - родом о којем се мало драгоцености знало - Ларабее је била преко месеца. Прије је сарађивао с уобичајенијим родовима клопки чељусти Аноцхетус и Одонтомацхус, али познавајући природу конвергентне еволуције, мислио је да је вјероватно да су мирмотераски мрави развили исту злокобну способност напада потпуно другачијим анатомским средствима.
Ларабее и његови коаутори очекивали су да ће напад мабрице Мирмотерас бити јединствен, али опсег његове различитости од оних других родова дошао је као изненађење.
Да би измерили угаону брзину осакаћене вилице мрава, тим се ослањао на фотографије велике брзине.
„Користили смо камеру која би могла снимати брзином од 50.000 кадрова у секунди да успоримо кретање, “ а он каже да је то било довољно брзо да бисмо га могли успорити да стварно измеримо трајање штрајка, а такође и вршну брзину . "
Мандибула се крећу линеарном брзином од 60 миља на сат, а целокупно кретање им је готово у приближно 1 / 700. тренутку од када је човеку потребно да трепне очима.
Забавно је то што је изненадило Ларабее да овај резултат није био тако брз. „У поређењу са другим мравињакима, то је прилично споро“, каже он уз смех. Заиста, клештање мрава Одонтомацхус мрава је у потпуности двоструко брже.
Ларабее је претпостављала да разлог за упоредни тромост удара чељусти Мирмотерас- а мора имати везе са анатомским структурама које им омогућавају - предмет другог дела његовог истраживања.
Поред испробане методе испитивања узорка под микроскопом ради тражења у вези са радом њиховог система клопке-чељусти, Ларабеев тим довео је до модерне технологије која је претходно била непровјерена у подручју истраживања трап-чељусти и мрава: Рендгенски микро ЦТ.
У основи скраћена верзија ЦАТ скенирања коју бисте могли примити у лекарској ординацији, микро-ЦТ техника омогућава истраживачима попут Ларабее да боље упознају унутрашње структуре присутне у одређеном узорку и како су распоређене у три- димензионални простор.
"У дигиталном окружењу", каже Ларабее, био је у стању да "погледа структуре и види како се међусобно односе и где се мишићи вежу за чељуст." Он је велики заговорник микро-ЦТ технологије, што пружа значајне увиде а да не нанесе штету узорку. (С обзиром на то да најбоља пракса за проучавање архивираних узорака није њихова измена, микро-ЦТ могао би се показати главним благодатом за Ларабееве колеге из музеја који напредују.)
Еволуцијски биолог и ентомолог Цоррие Мореау, професор Природног историјског музеја у Чикагу, узбуђен је техничком ригорозношћу истраживања Мирмотерас- а и његовим могућим импликацијама на то подручје.
„Права снага ове студије Ларабее, Гроненберг и Суарез“, каже она, „је разноликост алата и техника које су аутори користили да у потпуности разумеју механизме коришћене у овој групи мрава за постизање увећања снаге.“
Оно што је Ларабее утврдио својом ЦТ анализом је да су механизми за закључавање, опругу и окидање који омогућују Мирмотерас- у да изврши нападе чељусти вероватно значајно различити од њихових еквивалената код мрава трап-чељусти других родова.
Можда је најинтригантнији механизам за закључавање који раздваја чељусти када није ухваћен. Пре напада, мибрмотерасове мандибуле су раздвојене невероватних 270 степени - код Анохета и Одонтомаха, овај угао је само 180. Микро-ЦТ снимање осветљава нешто (високо-енергетско) светло на ово, што сугерише да су „супротне полуге два мишића повлачењем доње чељусти фаворизира да мандибула остане отворена због начина на који су мишићи везани за зглоб мандибуле. "
Мирмотерас конфигурација је бизарна. "То је систем закључавања који не видите код других мрава из замке", каже Ларабее.
Рендгенски микро-ЦТ снимци омогућили су Ларабееу и његовим коауторима да повежу оно што су приметили у видео записима и под микроскопом са специфичним мишићним групама унутар главе мрава. На овој слици плава представља „брзи мишиће који се ближи“, за који се верује да покреће мандибулу, а црвено „спорији мишиће ближе“, што завршава посао. (Фредрицк Ларабее и др.) Ова необична метода закључавања обавести други аспект уређаја за напад вилице: окидач. У главама других мрава трап-чељусти, мишић окидача - који основним чвориштима пружа мандибуле - обично је мали. Међутим, због начина на који систем закључавања функционише у Мирмотерас- у, овај окидач је значајно бољи и лако се препознаје у ЦТ скенирању.
Последње, али не најмање битно, је опружни механизам који омогућава Мирмотерас мравима да складиште потенцијалну енергију која постаје кинетичка енергија када се пусте. Ларабее претпоставља да је примарни извор овог пролећног потенцијала јастог на задњем делу глава мрава, који је на фотографији велике брзине видео да се значајно деформише током напада. Потребна су додатна истраживања, али Ларабее каже да је „деформација главе толико велика да сумњамо да би то требало да допринесе складиштењу енергије.“
Сви ови различити фактори заједно настају један производ Мирмотерас- а, сличан ударима других далеких родова трап-чељусти на макро нивоу, али потпуно идиосинкратски на микро нивоу. И док напади Мирмотерас- а не садрже тако велики покривач као они други мрави, Ларабее брзо показује да они посао обављају.
"Пола милисекунде не може ништа да кихне у погледу брзине, " каже он, „и доста је брзо ухватити опружену греду." Чак и уз свој слабији апарат, Мирмотерас мрави стварају око 100 пута више снаге уз помоћ еластичних алата које имају еволуирали него што су икада могли директно директним деловањем мишића.
Зашто су управо ови мрави развили ту способност, није јасно, али Ларабее мисли да то има пуно везе са њиховим окретним циљевима. „Завршили сте с овим тркама оружја између предатора и плена“, каже он. „Ако сте газела, морате брзо трчати, а то значи да ће гепарди трчати још брже. И сумњам да је плен који је у стању да побегне врло брзо "- попут пролећних репова" "добар притисак да одаберете ове заиста брзе грабљивице."
Мореау је оптимистичан да ће ово истраживање отворити врата за даљња испитивања ширег, често задивљујућег свијета конвергентне еволуције.
„Са толико мрава и других организама, ослањајући се на појачање моћи за хватање плена“, каже она, пита се: „Колико начина се ова ефикасна стратегија може развити у животињском царству? А ова студија лепо надопуњује наше разумевање овог веома занимљивог питања. "
