Et close-up bilde av en Myrmoteras felle-kjeve ant. Bilde: Steve Shattuck.
Under floke av vinranker og filialer av Øst Malaysiske regnskogen, en liten kontingent av maur scuttles frenetically langs de skraverte blad kullet. Men dette er ikke bare en piknik skadedyr—dette er Myrmoteras felle-kjeve maur, fryktinngytende rovdyr bevæpnet med lange, genser, allment agape mandibles—og de er på jakt. Plutselig, et insekt-lignende springtail kommer inn i visningen av en felle-kjeve er sammensatt øye. Med en rask rush fra maur, er alt over, og springtail er pitifully festet i ant er stikkende kjefter.
Du vil bli tilgitt for manglende handling, vurderer at Myrmoteras maur snap kjevene sine stenge latterlig fort, altfor fort for øynene og hjernen til å registrere bevegelse. Nå, ny forskning publisert i Journal of Experimental Biology har bestemt hvordan felle-kjeve maur trekke av dette atletisk prestasjon, å avsløre den raskeste munnen i jungelen er intet mindre enn et vidunder av evolusjonære teknologi.
For å løse hva som lå bak denne blisteringly rask matbit, forskerteamet—består av forskere fra Smithsonian National Museum of Natural History, University of Arizona, og University of Illinois—nødvendig for å få maurene inn i laboratoriet hvor de kunne en nær, nærare på det som var å gå ned på deres teeny bug hoder. Teamet samlet et par av kolonier av to ulike arter av Myrmoteras felle-kjeve maur fra øya Borneo, og løftet dem i laboratoriet. Det var klart at maur’ kjeve streiken var utrolig fort, men akkurat hvor fort ikke var kjent. Så, trap-kjeve maur var behersket og filmet med en high-speed kamera. Maur strukket kjevene åpne en tilsynelatende vanvittig 280 grader, og så, når opphovnet med en bit av luft, knakk sin toothy pincers lukket med en robot instantaneousness.
Så hvor rask er disse kjefter på trekningen? Vel, når filmet på med 1000 bilder per sekund, maur’ savage snap fremdeles var for rask for bevegelsen å bli sporet. Det tok bruken av 50,000 bilde per sekund kameraet til slutt sakte handlingen ned nok til å se hva som foregikk, som viser at mandibles snap stengt i om lag et halvt millisekund. Dette er om lag sju hundre ganger raskere enn du kan blunke, eller ca 50 miles per time på topp hastighet. Dette er helt der oppe blant de raskeste bevegelser i dyreriket, og det er langt raskere enn hva du forventer for noe rent drevet av muskelkraft. Det er mulig denne ekstreme hastigheten var resultatet av “power-forsterkning,” hvor bevegelsene er gjort raskere eller mer kraftig ved oppbevaring og frigivelse av potensiell energi, som i en fjær eller elastisk.
For å finne ut om Myrmoteras maur’ blinding bite hastighet var gitt av en fjærmekanisme, og hva som mekanisme var hovedforfatter Fredrik Larabee nødvendig for å se enda nærmere på det—og innsiden. Etter først å undersøke maur med et mikroskop, Larabee så skannede hoder av maur ved hjelp av en “mikro-CT” imaging system, som bruker røntgen for å ta tre-dimensjonale bilder av interne strukturer i små ting. Dette gjorde det mulig for ham å generere en modell for hvordan alle de indre musklene og hudskjelett kom sammen.
Mikro-CT-skanner avslørte tre sett av kraftige muskler som ser ut til å være ansvarlig for den fellen-kjeve ant ‘ s bite. Musklene er stor, og sammen tar opp mye av interiøret i ant ‘ s head og ta med et par av “åpneren” muskler og to par “nærmere” muskler. Kjeve-opener muskler starter prosessen ved å trekke den mandibles til sine ekstremt bredt posisjon. Så, jo sterkere par av “nærmere” musklene seg sammen, trekke mot en lapp av eksoskjelettet på baksiden av hodet, forårsaker den til å deformere og ned. Den vridningen exoskeletal lapp er sannsynlig våren mekanisme, en som blir lastet med potensiell energi ved muskel ‘ s innsats. Det er antatt at når byttedyr turer sensitive hår mellom kjevene, svakere “nærmere” muskelen kontraktene, angre låsen og tillater alt å frigjøre som en bjørn felle, morderisk clasping den uheldige måltid.
“Trap-kjeve” strategien har utviklet seg uavhengig minst fire ganger blant maur. Myrmoteras er bare distantly knyttet til andre varianter av “trap-kjeve maur” som lever i verdens tropiske strøk, og de kompliserte dans av muskler og hudskjelett som synes å drive kjeven sin streik er ulikt noe annet i ant verden.
“Det interessante er at ordningen av musklene og hvordan kjevene er låst åpen er helt forskjellig fra andre felle-kjefter maur som har vært studert,” Larabee sa i en pressemelding. “Det virker som det er en helt unik utviklingen av dette systemet.”
Så fort som Myrmoteras kjever som er, de er ikke den raskeste blant felle-jawed maur. Odontomachus, for eksempel, er en art av maur finnes over tropene som har sin egen dyrebare sett av vrient kjefter. Bittene deres er mer enn dobbelt så fort som hos Myrmoteras, og gir nok kraft som de kan bruke i kjeven snap som en katapult, sende dem bakover og luftbårne vekk fra fare. Særlig, kjever Odontomachus er stouter enn de Myrmoteras, og kan håndtere konsekvenser som kan splitte slank kjeft av Myrmoteras.
For å være rettferdig, det evolusjonære opphavet til Myrmoteras egne rask matbit er trolig knyttet til deres favoritt mat, ikke defensiv taktikk. Maurene spiser spretthaler, som kan eksplosivt overbordkasting seg selv i luften for å unnslippe en trussel. Trap-kjeve-systemet er mer enn rask nok til å fange og spidde en springtail før det kan bli borte, og klissete mykhet av spretthaler’ organer betyr at den tynne kjevene er ikke et handicap.
Fjærbelastet forsterkninger til muskel handlinger har utviklet seg mange ganger i insekt verden, ofte i hopp insekter som gresshopper og lopper, og Myrmoteras maur legge til denne listen. Det er absolutt mulig mer stupefyingly fast, elastisk-drevet skumle crawlies vil vise seg å vitenskap i årene som kommer.
Jake Buehler er et Seattle-området vitenskap forfatter med en tilbedelse for the Tree of Life er rart, wild-og ukjente—følg ham på Twitter og på bloggen sin.