Φανταστείτε ότι σέρνετε κατά μήκος του δάσους, ψάχνοντας για ένα κομμάτι μύκητα για να το πιάσετε, όταν από το πουθενά εμφανίζεται ένα μυρμήγκι με διογκωμένα μάτια και ένα ζευγάρι μακρύς, λεπτό, εξοπλισμένο με ξυράφι γνάθοι πίσω πίσω από το κεφάλι του . Προσπαθείτε να αποφύγετε την ασφάλεια, αλλά οι γνάθοι του ζώου είναι πολύ γρήγορες στο μισό χιλιοστό του δευτερολέπτου, σας προωθούν από τις δύο πλευρές αμέσως πριν πάτε οπουδήποτε. Αυτή είναι μια τυπική εμπειρία στη λυπηρή, σύντομη ζωή μιας ανοιχτής ράβδου, της επιλογής για τα άγρια "μυρμήγκια" των μυρμηγκιών του είδους Myrmoteras .
Τα μυρμήγκια των παγίδων είναι μακρά πηγή γοητείας για τον Fred Larabee, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Smithsonian και πρωταγωνιστής ενός πρωτοποριακού εγγράφου για τη φυσιολογία των δειγμάτων Myrmoteras που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Journal of Experimental Biology . Στη μελέτη, ο Larabee και οι κοόρτες του στοχεύουν να απαντήσουν σε δύο ξεχωριστές ερωτήσεις σχετικά με αυτά τα σπάνια Μαλαισιανά έντομα: πόσο γρήγορα είναι τα θανατηφόρα σαγόνια τους και πώς παράγουν τη δύναμή τους;
Ο Μυροθετήρας - από τον Έλληνα για το «τερατώδες μυρμήγκι» - είναι μια ποικιλία μυρμηγκιών παγίδευσης και μια ασυνήθιστη ποικιλία σε αυτό. Η συλλογή τεσσάρων ολόκληρων αποικιών για τη μελέτη, δύο από κάθε ένα από τα δύο είδη του γένους, απαιτούσε εκτεταμένη περιστροφή μέσω των απορριμμάτων φύλλων της ζούγκλας Bornean. Αυτό που κάνει την έρευνα παγίδευσης σαγόνι τόσο συναρπαστική για Larabee και άλλους μυρμηκολόγους (μυρμηγκολόγοι) είναι η λειτουργική ομοιότητα που παρατηρείται μεταξύ ειδών που εξελίχθηκαν εντελώς ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.
"Οι παγίδες-παγίδες είναι πραγματικά αξιοσημείωτες", λέει ο Larabee, ο οποίος σημειώνει ότι έχουν αναπτυχθεί σε πέντε διακριτά μυρμήγκια σε πέντε διαφορετικές μορφές. "Έχουν εξελιχθεί πολλές φορές μέσα στα μυρμήγκια. Το να βλέπετε μια εντελώς διαφορετική γενεαλογία, μια διαφορετική προέλευση της συμπεριφοράς και της μορφολογίας, σας δίνει μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσετε τη συγκλίνουσα εξέλιξη - βασικά την επαναλαμβανόμενη, παράλληλη εξέλιξη αυτού του συστήματος [παγίδευσης-γνάθου] ".
Όταν προσφέρθηκε η ευκαιρία να δουλέψει με το Μυρτώτερο - ένα γένος για το οποίο πολύτιμο λίγα ήταν γνωστό - ο Λάραμπι ήταν πάνω από το φεγγάρι. Είχε εργαστεί με τα πιο συνηθισμένα γένη Anochetus και Odontomachus παλαιότερα, αλλά γνωρίζοντας τη φύση της συγκλίνουσας εξέλιξης, θεώρησε εύλογο το ότι τα μυρμήγκια της Μυρομέρας είχαν αναπτύξει την ίδια φαύλη ικανότητα επίθεσης μέσω ενός εντελώς διαφορετικού ανατομικού μέσου.
Ο Larabee και οι συν-συγγραφείς του περίμεναν ότι η τοξοειδής επίθεση του Myrmoteras είναι μοναδική, αλλά η έκταση της ανομοιογένειάς της με αυτές άλλων γενών ήρθε ως έκπληξη.
Προκειμένου να μετρηθεί η γωνιακή ταχύτητα της απεργιακής απεργίας των μυρμηγκιών, η ομάδα βασίστηκε στη φωτογραφία υψηλής ταχύτητας.
"Χρησιμοποιήσαμε μια φωτογραφική μηχανή που θα μπορούσε να κινηματογραφεί σε 50.000 καρέ ανά δευτερόλεπτο για να επιβραδύνει την κίνηση", λέει, "και αυτό ήταν αρκετά γρήγορο για να μπορέσει να επιβραδύνει τη μέτρηση της διάρκειας μιας απεργίας, αλλά και της μέγιστης ταχύτητας . "
Στην ταχύτερη τους κίνηση, οι γνάθοι κινούνται με γραμμική ταχύτητα 60 μίλια την ώρα και ολόκληρη η κίνηση τους είναι πλήρης μέσα σε περίπου 1 / 700ο του χρόνου που χρειάζεται ένας άνθρωπος να αναβοσβήνει τα μάτια τους.
Διασκεδαστικό όμως, αυτό που έβγαλε ο Larabee ήταν ότι αυτό το αποτέλεσμα δεν ήταν τόσο γρήγορο. "Σε σύγκριση με άλλα μυρμήγκια παγίδευσης, είναι αρκετά αργή", λέει με γέλιο. Πράγματι, η κίνηση του πτερυγίου των μυρμηγκιών του Οδοντόμαχου είναι πλήρως διπλάσια.
Ο Larabee υποθέτει ότι ο λόγος για την συγκριτική υστέρηση των απεργιών των μυροειδών του σακχαρώδους μυρμητερού πρέπει να έχει να κάνει με τις ανατομικές δομές που τους επιτρέπουν - το θέμα του δεύτερου μέρους της έρευνάς του.
Εκτός από την δοκιμασμένη και πραγματική μέθοδο εξέτασης δειγμάτων υπό μικροσκόπιο για ενδείξεις σχετικά με τη λειτουργία του συστήματος παγίδας, η ομάδα του Larabee έφερε μια σύγχρονη τεχνολογία που προηγουμένως δεν είχε δοκιμαστεί στον τομέα της έρευνας των μυρμηγκιών: Σάρωση μικρο-CT ακτίνων Χ.
Η τεχνική micro-CT επιτρέπει στους ερευνητές, όπως ο Larabee, να αποκτήσουν μια καλύτερη εικόνα των εσωτερικών δομών που υπάρχουν σε ένα δοκίμιο και πώς είναι διατεταγμένες σε τρία- διαστάσεων χώρου.
«Σε ένα ψηφιακό περιβάλλον», λέει ο Larabee, ήταν σε θέση να «εξετάσει τις δομές και να δει πώς σχετίζονται μεταξύ τους και όπου οι μύες συνδέονται με την κάτω γνάθο». Είναι ένας τεράστιος υποστηρικτής της τεχνολογίας micro-CT, το οποίο παρέχει σημαντικές πληροφορίες χωρίς να βλάπτει το δείγμα. (Δεδομένου ότι η βέλτιστη πρακτική για τη μελέτη των αρχειοθετημένων δειγμάτων δεν είναι να τα αλλάξει, το μικρο-CT θα μπορούσε να αποδειχθεί σημαντικό πλεονέκτημα για τους συναδέλφους του μουσείου του Larabee που προχωρούν.)
Ο εξελικτικός βιολόγος και κτηνοτρόφος Corrie Moreau, καθηγητής στο φυσικό ιστορικό μουσείο του Σικάγου, ενθουσιάζεται από την τεχνική αυστηρότητα της έρευνας του Myrmoteras και από τις πιθανές επιπτώσεις στον τομέα.
"Η πραγματική δύναμη αυτής της μελέτης από τους Larabee, Gronenberg και Suarez, " λέει, "είναι η ποικιλία εργαλείων και τεχνικών που οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν για να κατανοήσουν πλήρως τους μηχανισμούς που χρησιμοποιούν αυτή η ομάδα μυρμηγκιών για να επιτύχουν την ενίσχυση της ισχύος.
Αυτό που διαπίστωσε ο Larabee με την ανάλυση CT του ήταν ότι οι μηχανισμοί κλειδώματος, άνοιξης και σκανδάλης που επιτρέπουν στον Myrmoteras να εκτελέσει τις επιθέσεις σαγόνια ήταν πιθανότατα πολύ διαφορετικές από τα αντίστοιχά τους στα μυρμήγκια παγίδων άλλης γέννας.
Το πιο ενδιαφέρον είναι ίσως ο μηχανισμός ασφάλισης που διατηρεί τις σιαγόνες εκτός όταν δεν εμπλέκεται. Πριν από μια επίθεση, οι γνάθοι της Μυρομέρας διαχωρίζονται με απίστευτους 270 βαθμούς - στους Anochetus και Odontomachus, αυτή η γωνία είναι μόνο 180. Η απεικόνιση Micro-CT ρίχνει κάποιο (υψηλής ενέργειας) φως σε αυτό, υποδηλώνοντας ότι "οι αντίπαλοι μοχλοί δύο μυών τραβώντας την τράχηλο ευνοούν την ανοιχτή γνάθο λόγω του τρόπου με τον οποίο οι μύες συνδέονται με την άρθρωση της κάτω γνάθου ».
Η διαμόρφωση του Myrmoteras είναι περίεργη. "Αυτό είναι ένα σύστημα κλειδώματος που δεν βλέπετε σε άλλα μυρμήγκια παγίδευσης" λέει ο Larabee.
Οι εικόνες μικρο-CT ακτίνων Χ επέτρεψαν στον Larabee και στους συν-συγγραφείς του να συνδέσουν αυτά που είχαν παρατηρήσει σε βίντεο και κάτω από το μικροσκόπιο με συγκεκριμένες μυϊκές ομάδες στα κεφάλια των μυρμηγκιών. Σε αυτή την εικόνα, το μπλε αντιπροσωπεύει το "γρήγορο πιο κοντά μυ", που πιστεύεται ότι θέτει την κάτω γνάθο σε κίνηση, και το κόκκινο το "αργό μυς πιο κοντά", το οποίο τελειώνει τη δουλειά. (Fredrick Larabee κ.ά.) Αυτή η ασυνήθιστη μέθοδος κλειδώματος ενημερώνει μια άλλη πτυχή της συσκευής επίθεσης σιαγόνας: τη σκανδάλη. Στα κεφάλια άλλων μυρμηγκιών παγίδας, ο μυς σκανδάλης-ο οποίος παρέχει τις γωνίες με την αρχική ροπή στρέψεως - τείνει να είναι μικρός. Λόγω του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί το σύστημα ασφάλισης στο Myrmoteras, αυτή η σκανδάλη είναι σημαντικά μεγαλύτερη και είναι εύκολα διακριτή στις CT σάρωσης.
Τελευταίο αλλά όχι λιγότερο σημαντικό είναι ο μηχανισμός ελατηρίου που επιτρέπει στα μυρμήγκια της Μυρομέρας να αποθηκεύουν τη δυνητική ενέργεια που γίνεται κινητική ενέργεια όταν αφήνονται χαλαρά. Ο Larabee υποθέτει ότι μια πρωτεύουσα πηγή αυτού του δυναμικού άνοιξης είναι ένας λοβός στο πίσω μέρος των κεφαλών των μυρμηγκιών, ο οποίος στην φωτογραφία υψηλής ταχύτητας φαίνεται να παραμορφώνεται σημαντικά κατά τη διάρκεια των επιθέσεων. Επιπρόσθετη έρευνα είναι απαραίτητη, αλλά Larabee λέει ότι η "παραμόρφωση του κεφαλιού είναι τόσο μεγάλη που υποψιάζουμε ότι αυτό πρέπει να συμβάλλει στην αποθήκευση ενέργειας."
Όλοι αυτοί οι διάφοροι παράγοντες συσπειρώνονται για να παράγουν μια μοναδική απεργία Μυροθεραίας, παρόμοια με τις απεργίες άλλων γενεών παγιδευμένων παγίδων σε μακροοικονομικό επίπεδο, αλλά εντελώς ιδιοσυγκρασιακά σε μικροσκοπικό επίπεδο. Και ενώ οι επιθέσεις του Myrmoteras δεν είναι τόσο μεγάλες όσο οι άλλοι μυρμήγκια, ο Larabee επισημαίνει γρήγορα ότι έχουν κάνει τη δουλειά τους.
"Το μισό χιλιοστό του δευτερολέπτου δεν είναι τίποτα για να φτερνίσει από την άποψη της ταχύτητας", λέει, "και είναι πολύ γρήγορος για να συλλάβει ένα άνοιγμα." Ακόμη και με την ασθενέστερη συσκευή τους, τα μυρμήγκια της Myrmoteras παράγουν περίπου 100 φορές περισσότερη δύναμη με τα ελαστικά εργαλεία που έχουν εξελίχθηκαν από ό, τι μπορούσαν ποτέ μέσω της άμεσης δράσης μυών μόνο.
Γιατί ακριβώς αυτά τα μυρμήγκια ανέπτυξαν αυτή την ικανότητα είναι ασαφής, αλλά Larabee πιστεύει ότι έχει πολλά να κάνει με τους ευκίνητους στόχους τους. «Καταλήγετε με αυτές τις φυλές όπλων μεταξύ αρπακτικών και θηραμάτων», λέει. "Αν είσαι gazelle, πρέπει να τρέξεις γρήγορα και αυτό σημαίνει ότι ο cheetah θα τρέξει ακόμα πιο γρήγορα. Και υποψιάζομαι ότι το να έχεις θήραμα που είναι σε θέση να ξεφύγει πολύ γρήγορα "-όπως τα ελατήρια-" είναι μια καλή πίεση για να επιλέξεις γι 'αυτούς τους πραγματικά γρήγορους θηρευτές. "
Ο Moreau είναι αισιόδοξος ότι αυτή η έρευνα θα ανοίξει την πόρτα για περαιτέρω έρευνες στον μεγαλύτερο, συχνά εκπληκτικό κόσμο της συγκλίνουσας εξέλιξης.
"Με τόσα πολλά μυρμήγκια και άλλους οργανισμούς, βασιζόμενοι στην ενίσχυση της ισχύος για να συλλάβει θήραμα", λέει, αναρωτιέται κανείς: "Πόσοι τρόποι μπορεί αυτή η αποτελεσματική στρατηγική να εξελιχθεί στο ζωικό βασίλειο; Και αυτή η μελέτη προσθέτει ωραία στην αντίληψή μας για αυτή την πολύ ενδιαφέρουσα ερώτηση. "
