Anonim

Kukainis izmanto zvejas rīkus, kas ļauj 200 g apiņus

Zinātne

Brian Dodson

2013. gada 25. septembris

5 attēli

Nepilngadīgo Issus coleaptratus zobu zobus (Foto: Kembridžas Universitāte)

No mehāniskajām sastāvdaļām, kas nav sastopamas dabā, ir izgriezumpārspēks. Tas ir, līdz šim. Kembridžas universitātes zoologi ir atklājuši, ka lapu paprikas Issus coleoptratus nepilngadīgo formā ir virkne pārnesumu veida saikņu starp abām lekt kājām, lai vienlaikus sinhronizētu kājas.

Inženieri un zinātnieki bieži ir vērsušies pie biomimetikām, dabas dabas risinājumu mēģinājumiem manipulēt un kontrolēt Visumu. Bruņus iedvesmo sveces un čaumalas, Velcro ar augu sēklām un ķirurģisko līmi ar barnacles. Taču reversā ir mehānismi, kurus izgudroja cilvēki, kuri evolucionārā procesa gaitā saņēma nelielu daļu no paraugu ņemšanas. Piemēram, vienīgie riteņu un asu bioloģiskie analogi ir atsevišķu šūnu zvīņus, kurus vada rotējošs molekulārais motors.

Lapu tvertnes evolūcijas piemērotība zināmā mērā ir atkarīga no tā, cik veiksmīgi tā nonāk pie pārtikas avota, mēģinot tērēt tik maz enerģijas kā iespējams. Atbilstoši šim principam lappuķīši ne tikai lēcienu pret krūmu, bet drīzāk izvēlas mērķi, kas nodrošina vislabāko maņu pierādījumu par garšīgu, bet drošu vakariņu.

Issus lapas piltuves parasti ir apmēram ceturtdaļas collu (6 mm) garš un var veikt lec par gandrīz metru augstumā. Lai to izdarītu, to aizmugurējās kājas rada ievērojamu paātrinājumu 200 g apmērā apmēram divām milisekundēm, tādēļ ir nepieciešams ģenerēt aptuveni vienības jaudas spēka spēku.

Labāks ir tas, ka lec uz izdzīvošanu, ja šie lēcieni to precīzi noveda pie pārtikas avota, kuru tā ir pamanījusi. Tas nenotiks ticami, ja divu lecošo kāju kustība nav cieši sinhronizēta. Ja tas nav sinhronizēts, nelīdzsvarotais spēks no pirmās kājas līdz spiedienam izraisītu griezes momentu ap kukaiņu smaguma centru, vadot nepatīkamu kukaiņu un nekontrolējamo griešanos.

Nervu impulsu laika skala, kas iedarbojas uz kāju neatkarīgajiem lecošo muskuļiem, ir apmēram milisekunžu, tāpēc efektīva sinhronizācija nevar būt atkarīga tikai no nervu sistēmas laika - tā vienkārši nedarbojas pietiekami ātri. Lielākajā daļā lecošo kukaiņu sinhronizāciju nodrošina frikcijas kontakts starp aizmugurējām kājām. Patiešām, tā kā pieaugušo Issus apdrošina sinhronizāciju vēl lielākos paātrinājumos.

Tomēr nepilngadīgo Issus tomēr daba ir izmantojusi atšķirīgu pieeju kukaiņu kāju centienu sinhronizācijas problēmai.

Kembridžas Zooloģijas universitātes universitātes profesors Malcolm Burroughs un viņa students Gregorijs Suttons (kurš pašlaik ir Bristoles Universitātes doktora grāds) ir atklājuši, ka sīkslēžu zobu sloksnes parādās uz leju kāju pretstatā esošajām iekšējām virsmām, kuras acs Kopā laikā lēciens, tādējādi nodrošinot mehānisku sinhronizāciju, lai iegūtu precīzu lēcienu.

Šīs zobratu sloksnes ir aptuveni 0, 4 mm (15 mils) garas, veidojot apaļu segmentu ar zobratu ar apmēram 0, 4 mm diametrā. Katrā lente satur 10 līdz 12 zobratu zobus, no kuriem vidēji ir aptuveni 50 mikroni (2 mils) platumā un 15-30 mikroni (0, 6-1, 2 mils) garumā, ar biezumu apmēram 9 mikroni (0, 4 mils). Pilnam apaļajam zobratiņam ar tāda paša izmēra rīkiem būtu aptuveni 32 līdz 38 zobi.

Zobi ir veidoti no kukainu eksoskelementa ķitīna materiāla, kas ir modificēts tā, ka chitīns veido stingru kompozītmateriālu ar sklerotīnu, ar šķeldu saistītu olbaltumvielu bāzes polimēru, kura maisījums rada cietu, ragu materiālu. Zobu forma ir asimetriska, tāpēc tie vienīgi savieno kāju kustību kopā, braucot ar lēcienu. Citos laikos kājas var pārvietoties lielā mērā neatkarīgi viens no otra.

Zobu zobiem ir ļoti asimetriska forma, īpašība, kas uzlabo zobu izturību, kamēr augsta spiediena iedarbība notiek tikai vienā rotācijas virzienā, piemēram, laikā, kad pacēlājs izkāpj no Issa . Asimetriskas zobratu zobus izmanto arī inženieri, bet gan slikti, jo tiem nepieciešama īpaša instrumentu izgatavošana.

Emisa zvejas rīku izmēri rāda, ka kukaiņu kāju lecēšanas darbību sinhronizāciju var noteikt dažu desmitu mikrosekundu laikā - varbūt labāka sinhronizācija, nekā to varētu radīt tikai nervu impulsu izmantošana šim mērķim. Tas ir ievērojams pielāgojums, bet atšķirībā no daudziem šādiem ir salīdzinoši viegli sakārtot scenāriju, kādā šādi rīki varētu būt attīstījušies.

Iespējams, ka Issu vecticības forma būtu izmantojusi triecienu starp kājām, lai palīdzētu sinhronizācijā, tāpat kā citiem lecošo kukaiņiem. Tomēr Issus, salīdzinot ar lielāko daļu kucēnu, veic lēcienus krietni garāk, tāpēc mazākajai platībai, kas pieejama, lai radītu berzi, var nebūt pietiekama efektīva sinhronizācija.

Viens no veidiem, kā palielināt berzi starp divām virsmām, ir saudzēt virsmas, tādējādi radot šķēršļus slīdēšanai. Šāda mehāniskā obstrukcija nav tradicionāla berze, bet darbojas tā, it kā tā būtu, nodrošinot ciešākas saiknes starp abām virsmām. Sugu virsmas vienmērīgums vienmēr mainīsies, un, ja šādas variācijas uzlabos izdzīvošanas izredzes, tās saglabāsies sugas genomā un izplatīsies nākamajām paaudzēm.

Kad virsmas raupjums izrādās izdzīvošanas raksturlielums, sugas dabiskā variācija mainīsies no "gludas līdz diezgan nelīdzenām virsmām" uz "nedaudz rupjām līdz ļoti nelīdzenām virsmām". "Kamēr joprojām rupjošas virsmas noved pie uzlabotas pārtikas vācot, evolucionārajam procesam to visdrīzāk sekmēs. Tomēr ļoti neapstrādātiem virsmu pāriem patiesībā var būt mazāka slīdošā berze, ja virsmas īpašības kaut kādā veidā nav savstarpēji saistītas. Bez šādas korelācijas mehāniskās obstrukcijas ieguvumi parasti izzūd.

Tā rezultātā nākamais izmaiņu virziens, kas jāņem vērā, ir tipiska virsmas raupjums. Ja raupjuma modeļi, kas uzlabo abās virsmas bloķēšanu, nodrošina labākus lecenus (un tādējādi arī labāku izdzīvošanu), šādi modeļi tiks atbalstīti evolucionārajā procesā. Zobu zobs ir tikai izteikta raupjuma raksta formas raupjuma forma, kas var attīstīties no gludām virsmām, bez liekām nepilnībām.

Ņemot to sakot, ir arī skaidrs, ka lielākā daļa kukaiņu nesaņem nekādu labumu no pārnesumu zobiem, vai tie būtu izplatīti, nevis novecojoši reti. Starpība, iespējams, ir gigantiskais lēciens, ko veicis Issus . Kukaiņi, kas ir lielāki vai mazāk pievilcīgi, liek diezgan labi izturēties pret berzi, palīdzot to lēkmes sinhronizācijai, un, ja nav izdzīvošanas uzlabojumu, šķiet, ka iezīmes netiks attīstītas ļoti tālu no vienkāršākās formas. Tomēr nepilngadīgo problēmu gadījumā evolūcijas priekšrocība, šķiet, ir nozīmīga.

Interesanti, ka pieaugušais Issus zaudē savus zobus, atgriežoties uz nedaudz rupjām virsmām, kas izplatās starp kukaiņiem. Pētījuma autori domā, ka atšķirība var būt laika ziņā, kādā zobu zobiem jādarbojas. Nepilngadīgo formas izkaisa regulāri, veidojot jaunus eksoskeletus, kad tie aug lielumu. Rezultātā zobrata zobiem nav ilgs laiks.

Savukārt pieaugušo formai ir jāpaļaujas uz tā lecēju mehānismu daudz ilgākam laika periodam, jo ​​tas ir iestrēdzis tā galīgajā eksoslekcijā pārējā tā dzīvē. Turklāt, tā kā pieaugušā forma (pēc definīcijas) vairs nepalielinās, tai vajadzētu prasīt mazāk kaloriju, lai saglabātu veselību, un tas ir raksturīgs lielākajai daļai dzīvnieku sugu. Tādējādi precizitātes lecošo izdzīvošanas priekšrocību var novērst nopietnas problēmas, kuras var rasties no bojātiem vai salauztiem pārnesumiem, kurus nevar aizstāt.

Būtu nepieciešams daudz papildu pētījumu, lai stingri iekļautu šo "tikko" stāstu pierādījumos. Tomēr pat ticamības arguments ļauj saprast, ka šīs neparastas īpašības varētu būt attīstījušās, pat ja precīzs ceļš, ar kuru tie attīstījās, joprojām ir neskaidrs.

Zvejas rīku zobu atrašana dzīvnieku valstībā, lai arī ir ievērojama, labi iekļaujas evolūcijas modelī, kuras pamatā ir sugas diferencēta izdzīvošana. Tas uzsver izcilu dabas elastību, izmantojot visu iespējamo struktūras un mehānisma nišu, lai izdzīvotu. Šajā gadījumā izpratne nesamazina brīnuma sajūtu dabiskajā Visumā.

Avots: Kembridžas Universitāte

Nepilngadīgo Issus coleaptratus zobu zobus (Foto: Kembridžas Universitāte)

Krāsu fotoattēls, kas parāda zobu zilumu tumšāku, sklerozotu chitīnu (Foto: Kembridžas universitāte)

Foto, kas parāda " Issus" rīkus saistībā ar mehāniskajām funkcijām, kuras tās darbojas (Foto: Kembridžas universitāte)

Cits skats uz zobiem par Issus trocanther (Foto: Kembridžas universitāte)

Issus coleaptratus (Foto: Sarefo)

Ieteicams Redaktora Izvēle