Wyobraź sobie, że czołgasz się po leśnej podłodze, bezczynnie szukając odrobiny grzyba, na którym można się schować, gdy znikąd pojawia się mrówka o wyłupiastych oczach i para długich, smukłych, wyposażonych w żyletkę żuchw cofniętych za głowę . Próbujesz odskoczyć w bezpieczne miejsce, ale szczęki stworzenia są zbyt szybkie - obracając się w pół milisekundy, przebijają cię z dwóch stron naraz, zanim w ogóle gdzieś odejdziesz. Takie jest typowe doświadczenie w smutnym, krótkim życiu sprężynówki, padlinożercy z wyboru dla dzikich mrówek „pułapki na szczęki” z rodzaju Myrmoteras .
Mrówki z pułapką na szczęki od dawna są źródłem fascynacji dla Freda Larabee, naukowca z tytułem doktora w Smithsonian's National Museum of Natural History i głównego autora najnowszego artykułu na temat fizjologii okazów Myrmoteras opublikowanego dzisiaj w Journal of Experimental Biology . W badaniu Larabee i jego kohorty starają się odpowiedzieć na dwa odrębne pytania dotyczące tych rzadkich owadów z Malezji: dokładnie, jak szybko mają śmiertelne szczęki i jak wytwarzają swoją moc?
Myrmoteras - od greckiego „potworna mrówka” - to tylko jedna odmiana mrówek o szczękach pułapkowych i to niezwykła odmiana. Zebranie czterech całych kolonii do badań, po dwa z każdego z dwóch gatunków w obrębie rodzaju, wymagało intensywnego przeszukiwania ściółki z dżungli borneńskiej. Tym, co sprawia, że badania pułapki na szczęki są tak fascynujące dla Larabee i innych mirtologów (mrówek biologów), jest podobieństwo funkcjonalne obserwowane między gatunkami, które ewoluowały całkowicie niezależnie od siebie.
„Szczęki pułapki są naprawdę niezwykłe”, mówi Larabee, który zauważa, że rozwinęli się w pięciu różnych rodzajach mrówek w pięciu różnych formach. „Wiele razy ewoluowali w obrębie mrówek. Możliwość spojrzenia na zupełnie inną linię, inne pochodzenie zachowania i morfologii, daje wyjątkową okazję do zbadania zbieżnej ewolucji - w zasadzie powtarzanej, równoległej ewolucji tego systemu [pułapka-szczęka] ”.
Gdy zaoferowano szansę współpracy z Myrmoteras - rodzajem, o którym niewiele wiadomo, Larabee był już na Księżycu. Wcześniej pracował z bardziej popularnymi rodzajami Anochetus i Odontomachus, ale znając naturę zbieżnej ewolucji, uważał za prawdopodobne, że mrówki Myrmoteras rozwinęły tę samą zdolność okrutnego ataku za pomocą zupełnie innych metod anatomicznych.
Larabee i jego współautorzy spodziewali się, że atak żuchwy Myrmoteras będzie wyjątkowy, ale zaskakujący był stopień jej niepodobieństwa do innych rodzajów.
Aby zmierzyć prędkość kątową okaleczającego szczęki mrówek, zespół polegał na szybkiej fotografii.
„Użyliśmy kamery, która może filmować z prędkością 50 000 klatek na sekundę, aby spowolnić ruch”, mówi, „i była wystarczająco szybka, aby móc go spowolnić, aby zmierzyć czas trwania uderzenia, a także prędkość szczytową . ”
Najszybciej żuchwy poruszają się z prędkością liniową 60 mil na godzinę, a cały ich ruch kończy się w około 1/700 czasu, w którym człowiek mruga oczami.
Zabawne jednak było to, co zaskoczyło Larabee, że ten wynik nie był aż tak szybki. „W porównaniu z innymi mrówkami o szczękach pułapkowych jest dość wolny”, mówi ze śmiechem. Rzeczywiście ruch szczypiec mrówek Odontomachus jest w pełni dwukrotnie szybszy.
Larabee uważał, że powód względnej powolności uderzeń szczęki Myrmoteras musi mieć związek z budującymi je anatomicznymi strukturami - przedmiotem drugiej części jego badań.
Oprócz wypróbowanej i prawdziwej metody badania próbek pod mikroskopem w poszukiwaniu wskazówek dotyczących działania ich systemu pułapki na szczęki, zespół Larabee wprowadził nowoczesną technologię, która wcześniej nie była testowana w dziedzinie badań mrówek na szczękach: Skanowanie mikro-CT rentgenowskie.
Zasadniczo skrócona wersja skanu CAT, którą możesz otrzymać w gabinecie lekarskim, technika mikro-CT pozwala badaczom takim jak Larabee uzyskać lepszy obraz wewnętrznych struktur obecnych w danym egzemplarzu i ich ułożenia w trzy- przestrzeń wymiarowa.
„W środowisku cyfrowym”, mówi Larabee, był w stanie „spojrzeć na struktury i zobaczyć, jak się ze sobą wiążą oraz gdzie mięśnie przyczepiają się do żuchwy”. Jest wielkim zwolennikiem technologii mikro-CT, co zapewnia znaczący wgląd bez szkody dla okazu. (Biorąc pod uwagę, że najlepszą praktyką do badania zarchiwizowanych okazów nie jest ich modyfikowanie, mikro-CT może okazać się dużym dobrodziejstwem dla współpracowników muzeum w Larabee).
Biolog ewolucyjny i entomolog Corrie Moreau, profesor w chicagowskim Field Museum of Natural History, jest podekscytowany dyscypliną techniczną badań Myrmoteras i możliwymi implikacjami dla tej dziedziny.
„Prawdziwą siłą tego badania Larabee, Gronenberga i Suareza” - mówi - jest różnorodność narzędzi i technik, których autorzy użyli do pełnego zrozumienia mechanizmów stosowanych przez tę grupę mrówek w celu uzyskania wzmocnienia mocy.
Larabee odkrył w swojej analizie CT, że mechanizmy blokujące, sprężynujące i spustowe, które pozwalają Myrmoterasowi wykonywać ataki szczęką, prawdopodobnie znacznie różnią się od swoich odpowiedników u mrówek z pułapką szczękową innych rodzajów.
Być może najbardziej intrygujący jest mechanizm blokujący, który rozsuwa szczęki, gdy nie są zablokowane. Przed atakiem żuchwy Myrmoteras są oddzielone o niewiarygodne 270 stopni - w Anochetus i Odontomachus kąt ten wynosi tylko 180. Obrazowanie mikro-CT rzuciło na to (wysokoenergetyczne) światło, sugerując, że „przeciwne dźwignie dwóch mięśni pociągając żuchwę, żuchwa pozostaje otwarta, ze względu na sposób, w jaki mięśnie są przyczepione do stawu żuchwy. ”
Konfiguracja Myrmoteras jest dziwna . „To system zamka, którego nie widać u innych mrówek o szczękach”, mówi Larabee.
Zdjęcia mikro-CT rentgenowskie umożliwiły Larabee i jego współautorom powiązanie tego, co zaobserwowali na filmach i pod mikroskopem, z określonymi grupami mięśni w głowach mrówek. Na tym zdjęciu niebieski reprezentuje „mięsień szybko bliżej”, który, jak się uważa, wprawia żuchwę w ruch, a czerwony „wolny mięsień bliżej”, który kończy pracę. (Fredrick Larabee i in.) Ta nietypowa metoda blokowania informuje o innym aspekcie aparatu do atakowania szczęką: spuście. W głowach innych mrówek szczękowych mięsień spustowy, który zapewnia żuchwom ich początkowy moment obrotowy, jest zwykle niewielki. Jednak ze względu na sposób, w jaki system blokujący działa w Myrmoteras, ten wyzwalacz jest znacznie grubszy i można go łatwo dostrzec w skanach CT.
Wreszcie mechanizm sprężynowy, który umożliwia mrówkom Myrmoteras przechowywanie energii potencjalnej, która staje się energią kinetyczną po uwolnieniu. Larabee wysuwa hipotezę, że głównym źródłem tego wiosennego potencjału jest płat z tyłu głów mrówek, który podczas szybkiej fotografii był zauważalnie deformowany podczas ataków. Wymagane są dodatkowe badania, ale Larabee twierdzi, że „deformacja głowy jest tak duża, że podejrzewamy, że ma to wpływ na magazynowanie energii”.
Wszystkie te różne czynniki łączą się, aby stworzyć pojedyncze uderzenie Myrmoteras, podobne do uderzeń innych dalekich rodzajów pułapek szczękowych na poziomie makro, ale całkowicie idiosynkratyczne na poziomie mikro. I podczas gdy ataki Myrmoteras nie pakują tak dużego portfela jak ataki innych mrówek, Larabee szybko zauważa, że wykonali zadanie.
„Pół milisekundy to nic, z czego można kichać pod względem prędkości” - mówi - „i dość szybko można złapać sprężynkę”. Nawet przy słabszym aparacie mrówki Myrmoteras wytwarzają około 100 razy więcej mocy dzięki elastycznym narzędziom, które mają ewoluowały, jak nigdy dotąd, poprzez bezpośrednie działanie mięśni.
Dlaczego dokładnie te mrówki rozwinęły tę zdolność, nie jest jasne, ale Larabee uważa, że ma to wiele wspólnego z ich zwinnymi celami. „Kończy się wyścigami zbrojeń między drapieżnikami a ofiarą” - mówi. „Jeśli jesteś gazelą, musisz biec szybko, a to oznacza, że gepard będzie biec jeszcze szybciej. Podejrzewam, że posiadanie zdobyczy, która potrafi bardzo szybko uciec ”- podobnie jak wiosenne ogony -„ jest dobrą presją, aby wybrać tych naprawdę szybkich drapieżników ”.
Moreau jest optymistą, że badania te otworzą drzwi do dalszych badań w większym, często zadziwiającym świecie zbieżnej ewolucji.
„Przy tak wielu mrówkach i innych organizmach polegających na wzmacnianiu mocy w celu schwytania zdobyczy”, mówi, zastanawia się: „Na ile sposobów ta skuteczna strategia może ewoluować w całym królestwie zwierząt? A to badanie ładnie wpływa na nasze zrozumienie tego bardzo interesującego pytania. ”
