Imaginați-vă că vă târâți de-a lungul podelei pădurii, căutând în mod neobișnuit un pic de ciupercă pe care să se răstoarne, când din nicăieri apare o furnică cu ochi bombăți și o pereche de mandibule lungi, zvelte, cu lama de ras, trase în spatele capului . Încercați să vă îndepărtați de siguranță, dar fălcile creaturii sunt prea rapide - bătând în jumătate de milisecundă, vă imping din două părți deodată înainte de a pleca oriunde. Aceasta este o experiență obișnuită în viața tristă și scurtă a unui fir de primăvară, pradă aleasă pentru furnicile sălbatice „capcane-capcane” ale genului Myrmoteras .
Furnicile capcane au fost mult timp o sursă de fascinație pentru Fred Larabee, cercetător postdoctoral la Muzeul Național de Istorie Naturală din Smithsonian și autor principal al unei lucrări de ultimă oră despre fiziologia specimenelor Myrmoteras publicată astăzi în Journal of Experimental Biology . În cadrul studiului, Larabee și cohortele sale urmăresc să răspundă la două întrebări distincte despre aceste insecte rare din Malaezia: exact cât de repede sunt fălcile lor letale și cum se generează puterea lor?
Myrmoteras - din greacă pentru „furnică monstruoasă” - nu este decât o varietate de furnici cu fălci capcane și o varietate mai puțin obișnuită. Colectarea a patru colonii întregi pentru studiu, două din fiecare din cele două specii din cadrul genului, a necesitat o extindere extinsă prin așternutul frunzelor din junglă Bornean. Ceea ce face ca cercetarea cu fălcile să fie atât de fascinantă pentru Larabee și pentru alți mirmecologi (antologi) este asemănarea funcțională observată între speciile care au evoluat complet independent una de cealaltă.
„Fata de capcana este cu adevărat remarcabilă”, spune Larabee, care observă că s-au dezvoltat în cinci genuri distincte de furnici în cinci forme distincte. „Au evoluat de mai multe ori în interiorul furnicilor. A fi capabil să privești o linie complet diferită, o origine diferită a comportamentului și morfologiei, îți oferă o ocazie unică de a studia evoluția convergentă - practic evoluția repetată, paralelă a acestui sistem [maxilarul capcană] ”.
Atunci când i s-a oferit șansa de a lucra cu Myrmoteras - un gen despre care se știa puțin prețioase - Larabee era peste lună. El a mai lucrat cu genurile mai obișnuite Anochetus și Odontomaco, mai cunoscute, dar, cunoscând natura evoluției convergente, a considerat că este plauzibil ca furnicile Myrmoteras să fi dezvoltat aceeași capacitate de atac vicios printr-un mijloc anatomic cu totul diferit.
Larabee și coautorii săi se așteptau ca atacul mandibulei Myrmoteras să fie unic, dar amploarea disimilarității sale față de celelalte genuri a venit ca o surpriză.
Pentru a măsura viteza unghiulară a lovirii maxilarelor furnicilor, echipa s-a bazat pe o fotografie de mare viteză.
„Am folosit o cameră care ar putea filma la 50.000 de cadre pe secundă pentru a încetini mișcarea”, spune el, „și asta a fost suficient de rapid pentru a putea încetini pentru a măsura efectiv durata unei greve și, de asemenea, viteza maximă .“
Cel mai rapid, mandibulele se deplasează cu o viteză liniară de 60 de mile pe oră, iar întreaga mișcare este completă în aproximativ 1 / 700th din timpul necesar unui om pentru a clipi ochii.
Amuzant însă, ceea ce a luat-o prin surprindere pe Larabee a fost că acest rezultat nu a fost atât de rapid. „În comparație cu alte furnici cu fălcile capcane, este destul de lent”, spune el râzând. Într-adevăr, mișcarea pinceră a furnicilor Odontomaco este complet de două ori mai rapidă.
Larabee a presupus că motivul lentoarei comparative a loviturilor maxilarului Myrmoteras trebuie să aibă legătură cu structurile anatomice care le permit - subiectul celei de-a doua părți a cercetării sale.
În plus față de metoda încercată și adevărată de examinare a specimenelor la un microscop pentru indicii cu privire la funcționarea sistemului lor de fălci-capcane, echipa lui Larabee a adus o tehnologie modernă testată anterior pe tărâmul cercetării furnicilor. Scanare cu radiografie cu raze X
În esență, o versiune redusă a scanării CAT pe care o puteți primi la cabinetul medicului, tehnica micro-CT permite cercetătorilor precum Larabee să aibă o idee mai bună despre structurile interne prezente într-un exemplar dat și despre modul în care acestea sunt aranjate în trei. spațiu dimensional.
„Într-un mediu digital”, spune Larabee, el a fost capabil să „privească structurile și să vadă cum se leagă între ele și unde se leagă mușchii de mandibula”. El este un susținător imens al tehnologiei micro-CT, care oferă informații semnificative fără a face rău specimenului. (Având în vedere că cele mai bune practici pentru studierea eșantioanelor arhivate nu este să le modifice, micro-CT s-ar putea dovedi a fi un element important pentru colegii de muzeu din Larabee.)
Biologul și entomologul evoluționist Corrie Moreau, profesor la Muzeul de Istorie Naturală din Chicago, este încântat de rigoarea tehnică a cercetării Myrmoteras și de posibilele sale implicații asupra domeniului.
„Adevărata forță a acestui studiu de Larabee, Gronenberg și Suarez”, spune ea, „este diversitatea instrumentelor și tehnicilor pe care autorii le-au folosit pentru a înțelege pe deplin mecanismele folosite de acest grup de furnici pentru a realiza amplificarea puterii.”
Ceea ce Larabee a găsit cu analiza sa CT a fost că mecanismele de blocare, arc și declanșare care permit Myrmoteras să-și execute atacurile maxilarului au fost probabil probabil semnificativ diferite de echivalentele lor în furnicile cu fălcile capcanelor de la alte genuri.
Cel mai interesant, poate, este mecanismul de blocare care ține fălcile deoparte atunci când nu este cuplat. Înainte de un atac, mandibulele Myrmoteras sunt separate printr-un incredibil de 270 de grade - în Anochetus și Odontomachus, acest unghi este de numai 180. Imagistica Micro-CT aruncă o lumină (cu energie mare) asupra acestui lucru, sugerând că „pârghiile opuse ale doi mușchi tragerea pe mandibula favorizeaza ca mandibula sa ramana deschisa, din cauza modului in care muschii sunt atasati de articulatia mandibulei. "
Configurația Myrmoteras este una bizară. „Acesta este un sistem de blocare pe care nu îl vezi în alte furnici cu fălci capcane”, spune Larabee.
Imaginile micro-CT cu raze X i-au permis lui Larabee și coautorilor săi să lege ceea ce au observat în videoclipuri și la microscop cu grupuri musculare specifice din capul furnicilor. În această imagine, albastrul reprezintă „mușchiul mai apropiat rapid”, despre care se crede că pune mandibula în mișcare și roșu „mușchiul lent mai aproape”, care finalizează treaba. (Fredrick Larabee și colab.) Această metodă neobișnuită de blocare informează un alt aspect al aparatului de atac a maxilarului: declanșatorul. În capetele altor furnici cu fălcile capcane, mușchiul declanșator - care oferă mandibulului cuplul inițial - tinde să fie mic. Totuși, din cauza modului de funcționare a sistemului de blocare în Myrmoteras, acest declanșator este semnificativ mai puternic și este ușor discernut în scanările CT.
Nu în ultimul rând este mecanismul de primăvară care permite furnicilor Myrmoteras să stocheze energia potențială care devine energie cinetică atunci când se eliberează. Larabee presupune că o sursă primară a acestui potențial de primăvară este un lob din spatele capetelor furnicilor, care în fotografia de mare viteză s-a văzut că se deformează semnificativ în timpul atacurilor. Sunt necesare cercetări suplimentare, dar Larabee spune că „deformarea capului este atât de mare încât bănuim că asta trebuie să contribuie la stocarea energiei.”
Toți acești diferiți factori se reunesc pentru a produce o singură grevă Myrmoteras, similară cu grevele altor genuri cu fălci capcane îndepărtate la nivel macro, dar complet idiosincratice la nivel micro. Și în timp ce atacurile Myrmoteras nu împachetează un wallop la fel de mare ca cele ale altor furnici, Larabee este rapid să sublinieze că se termină.
„O jumătate de milisecundă nu este nimic de strănut în ceea ce privește viteza”, spune el, „și este destul de rapid să surprindem o coadă de izvor ”. Chiar și cu aparatul lor mai slab, furnicile Myrmoteras generează de aproximativ 100 de ori mai multă putere cu instrumentele elastice pe care le au. au evoluat decât au putut vreodată prin acțiunea directă a mușchilor singuri.
De ce tocmai aceste furnici au dezvoltat această capacitate nu este clar, dar Larabee consideră că are multe de-a face cu țintele lor agile. „Terminați cu aceste curse de arme între prădători și pradă”, spune el. „Dacă ești gazelă, trebuie să alergi repede și asta înseamnă că ghepardul va rula și mai repede. Și bănuiesc că o pradă care poate scăpa foarte repede ”- cum ar fi molipsele -„ este o presiune bună pentru a alege pentru acești prădători cu adevărat rapide. ”
Moreau este optimist că această cercetare va deschide ușa pentru anchete suplimentare în lumea mai mare, adesea uimitoare, a evoluției convergente.
„Cu atâtea furnici și alte organisme care se bazează pe amplificarea puterii pentru a captura prada”, spune ea, se întreabă: „În câte moduri poate evolua această strategie eficientă în regnul animal? Și acest studiu adaugă frumos înțelegerii noastre acestei întrebări foarte interesante. ”
