După cât am știut, uneltele mecanice - dinți de dimensiuni uniforme, tăiate în două suprafețe rotative diferite pentru a le bloca în timp ce se întoarce - au fost inventate cândva în jurul anului 300 î.e.n. de mecanicii greci care locuiau în Alexandria. În decursul secolelor, conceptul simplu a devenit o piatră-cheie a tehnologiei moderne, permițând tot felul de mașini și vehicule, inclusiv mașini și biciclete.
După cum se dovedește, însă, o insectă care se prăbușește de trei milimetri, cunoscută sub numele de Issus coleoptratus, ne-a bătut la această invenție. Malcolm Burrows și Gregory Sutton, o pereche de biologi de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie, au descoperit că puietii speciilor au un sistem complex de angrenaje care blochează picioarele din spate împreună, permițând ambelor apendice să se rotească în același instant, provocând creaturi minuscule sar înainte.
Issus coleoptratus
Angrenajele sunt situate pe segmentul superior al fiecăruia dintre picioarele posterioare ale insectei
Constatarea, care a fost publicată astăzi în Science, se crede a fi primul sistem funcțional de angrenaje descoperit vreodată în natură. Insectele din genul Issus, care sunt numite în mod obișnuit „planthoppers”, se găsesc în Europa și Africa de Nord. Burrows și Sutton au folosit microscopuri electronice și captura video de mare viteză pentru a descoperi existența angrenajului și a-și da seama de funcția exactă a acestuia.
Motivul angrenajului, spun ei, este coordonarea: Pentru a sări, ambele picioare posterioare ale insectei trebuie să împingă înainte în același timp. Deoarece ambele se leagă lateral, dacă una s-a extins cu o fracție de secundă mai devreme decât cealaltă, ar împinge insecta în direcția spre dreapta sau spre stânga, în loc să sară direct în față.
Angrenajul este o soluție elegantă. Videoclipurile de mare viteză ale cercetătorilor au arătat că făpturile, care sar la viteze de până la 8, 7 mile pe oră, și-au înfipt picioarele din spate într-o poziție de sărituri, apoi s-au împins înainte, cu fiecare mișcare în decurs de 30 de microsecunde (adică 30 de milioane de secunde. ) celuilalt.
Angrenajele fin dințate în picioare permit să se întâmple acest lucru. „În Issus, scheletul este folosit pentru a rezolva o problemă complexă pe care creierul și sistemul nervos nu o poate”, a spus Burrows într-un comunicat de presă.
Angrenajele sunt situate în partea de sus a picioarelor posterioare ale insectelor (pe segmente cunoscute sub numele de trochantera) și includ 10 până la 12 dinți conici, fiecare cu aproximativ 80 micrometri lățime (sau 80 milioane de metri). În toate buncărurile Issus studiate, același număr de dinți au fost prezenți pe fiecare picior posterior, iar angrenajele au fost blocate bine. Dintii au chiar curbe umplute la baza, un design încorporat în angrenajele mecanice fabricate de oameni, deoarece reduce uzura în timp.
Pentru a confirma că angrenajele au îndeplinit această funcție, cercetătorii au efectuat un truc îngrijit (deși morbid) cu un Issus mort. Și-au cocotat manual picioarele înapoi într-o poziție de sărituri, apoi au stimulat electric mușchiul sărit principal într-un picior, astfel încât piciorul să se întindă. Deoarece a fost blocat rotativ de angrenaje, celălalt picior nestimulat s-a mișcat și insecta moartă a sărit înainte.
Principalul mister este faptul că adulții din aceleași specii de insecte nu au niciun antrenament - pe măsură ce puietii cresc și pielea se depășește, nu reușesc să regrețeze acești dinți de angrenare, iar picioarele adulte sunt sincronizate printr-un mecanism alternativ ( o serie de proeminențe se extind de la ambele picioare posterioare și împing celălalt picior în acțiune).
Burrows și Sutton presupun că acest lucru ar putea fi explicat prin fragilitatea angrenajului: dacă un dinte se rupe, limitează eficiența designului. Aceasta nu este o problemă atât de mare pentru tineri, care se repetă în mod repetat și cresc viteze noi înainte de vârsta adultă, dar pentru Issus matur, înlocuirea dinților ar fi imposibilă - de aici și aranjarea alternativă.
Au existat structuri asemănătoare angrenajelor găsite anterior la alte animale (cum ar fi țestoasa spinată sau bug-ul roții), dar sunt pur ornamentale. Acesta pare a fi primul design natural care funcționează mecanic precum sistemele noastre orientate.
„De obicei ne gândim la angrenaje ca la ceva ce vedem în utilajele concepute pentru oameni, dar am descoperit că asta nu este doar pentru că nu arătam destul de greu”, a spus Sutton. „Aceste angrenaje nu sunt proiectate; ele sunt evoluate - reprezentând mașini de mare viteză și precizie evoluate pentru sincronizarea în lumea animalelor. "
