Bayangkan awak merangkak di sepanjang hutan, dengan tenang mencari sedikit cendawan untuk dihidupkan, ketika di mana-mana nampaknya semut dengan mata menonjol dan sepasang mandibles yang dilengkapi dengan pisau cukur panjang, langsing, langsing yang ditarik di belakang kepalanya . Anda cuba untuk melarikan diri ke keselamatan, tetapi rahang makhluk itu terlalu cepat menyerang sekitar setengah milisaat, mereka melambungkan anda dari dua pihak sekaligus sebelum anda pergi ke mana-mana sahaja. Ini adalah pengalaman biasa dalam kehidupan musim semi yang menyedihkan, semangat pilihan untuk semut " janggut -jaw" yang ganas dari genus Myrmoteras .
Semut jagung telah lama menjadi sumber daya tarikan bagi Fred Larabee, penyelidik pasca doktoral di Muzium Sejarah Alam Smithsonian dan pengarang utama kertas canggih mengenai fisiologi spesimen Myrmoteras yang diterbitkan hari ini dalam Journal of Biology Experimental . Dalam kajian itu, Larabee dan kawan-kawannya bertujuan untuk menjawab dua soalan yang berbeza mengenai serangga Malaysia yang jarang berlaku: betapa cepatnya rahang mereka yang mematikan, dan bagaimana mereka menghasilkan kuasa mereka?
Myrmoteras - dari bahasa Yunani untuk "semut jahat " - tetapi satu jenis semut jagung perangkap, dan pelbagai yang tidak biasa pada itu. Mengumpul empat koloni keseluruhan untuk kajian ini, dua daripada setiap dua spesies dalam genus, memerlukan penggerudian luas melalui sampah daun hutan Borneo. Apa yang membuat penyelidikan perangkap-rahang sangat menarik untuk Larabee dan ahli myrmecologists lain (ahli biologi semut) adalah persamaan fungsional yang diamati antara spesies yang berkembang sepenuhnya bebas dari satu sama lain.
"Rahang perangkap benar-benar luar biasa, " kata Larabee, yang menyatakan bahawa mereka telah mengembangkan lima genera semut yang berbeza dalam lima bentuk berbeza. "Mereka telah berkembang beberapa kali dalam semut. Dapat melihat garis keturunan yang sama sekali berbeza, asal-usul kelakuan dan morfologi yang berbeza, memberi anda peluang yang unik untuk mempelajari evolusi yang konvergen-pada dasarnya, evolusi yang berulang dan sejajar dari sistem perangkap [ini]. "
Apabila ditawarkan kesempatan untuk bekerja dengan Myrmoteras- genus tentang yang sedikit berharga dikenali-Larabee adalah bulan. Beliau telah bekerja dengan generik rahang jantan yang lebih biasa Anochetus dan Odontomachus sebelum ini, tetapi mengetahui sifat evolusi konvergen, dia menganggap bahawa semangat Myrmoteras telah membangunkan kemampuan serangan ganas yang sama dengan cara anatomi yang sama sekali berbeza.
Larabee dan pengarangnya mengharapkan serangan rahang Myrmoteras menjadi unik, tetapi sejauh mana ketidaksetaraannya terhadap genera lain datang sebagai kejutan.
Untuk mengukur halaju sudut serangan belang rahang yang melumpuhkan, pasukan itu bergantung pada fotografi berkelajuan tinggi.
"Kami menggunakan kamera yang boleh mencatatkan 50, 000 bingkai sesaat untuk melambatkan gerakan, " katanya, "dan itu cukup cepat untuk dapat melambatkannya untuk mengukur tempoh mogok, dan juga kelajuan puncak . "
Pada kelajuan terpantas mereka, mandibles bergerak pada kelajuan linear sebanyak 60 batu sejam, dan keseluruhan gerakan mereka selesai dalam masa kira-kira 1/700 pada masa yang diperlukan manusia untuk mengedipkan mata mereka.
Tidak hairanlah, apa yang menyebabkan Larabee terkejut adalah bahawa keputusan ini tidak begitu cepat. "Berbanding dengan semut rahang yang lain, ia agak perlahan, " katanya dengan ketawa. Malah, gerakan semut dari semut Odontomachus adalah dua kali ganda dengan pesat.
Larabee menganggap bahawa alasan kejatuhan perbandingan rahang Myrmoteras mesti mempunyai kaitan dengan struktur anatomi yang membolehkan mereka-subjek bahagian kedua penyelidikannya.
Sebagai tambahan kepada kaedah percubaan dan percubaan untuk memeriksa spesimen di bawah mikroskop untuk petunjuk mengenai operasi sistem perangkap-jaw mereka, pasukan Larabee membawa teknologi moden yang belum pernah diteliti di dalam penyelidikan semut perangkap rahang: Imbasan mikro-CT X-ray.
Pada asasnya versi imbasan CAT yang anda dapat terima di pejabat doktor, teknik mikro-CT membolehkan penyelidik seperti Larabee mendapatkan idea yang lebih baik tentang struktur dalaman yang ada dalam spesimen tertentu, dan bagaimana ia disusun dalam tiga- ruang dimensi.
"Dalam persekitaran digital, " Larabee berkata, dia dapat "melihat struktur dan melihat bagaimana ia berkaitan dengan satu sama lain, dan di mana otot dilampirkan kepada mandible." Dia adalah penyokong besar teknologi mikro CT, yang memberikan wawasan yang penting tanpa melakukan kerosakan kepada spesimen. (Memandangkan amalan terbaik untuk mengkaji spesimen yang diarkibkan tidak mengubahnya, mikro-CT boleh membuktikan menjadi satu keuntungan besar untuk rakan-rakan muzium Larabee akan maju.)
Ahli biologi dan ahli entomologi evolusi Corrie Moreau, seorang profesor di Muzium Sejarah Alam Medan Field, teruja dengan teknik teknikal penyelidikan Myrmoteras, dan dengan implikasi yang mungkin untuk bidang itu.
"Kekuatan sebenar kajian ini oleh Larabee, Gronenberg, dan Suarez, " katanya, "adalah kepelbagaian alat dan teknik yang penulis gunakan untuk memahami sepenuhnya mekanisme yang digunakan oleh kumpulan semut ini untuk mencapai penguatan kuasa."
Apa yang Larabee dijumpai dengan analisis CTnya ialah mekanisme kunci, spring dan pemicu yang membolehkan Myrmoteras untuk melaksanakan serangan rahangnya mungkin berbeza jauh berbeza daripada mereka yang setara dengan semut jagung genus lain.
Paling menarik, mungkin, adalah mekanisme penguncian yang memelihara rahang apabila tidak terlibat. Sebelum serangan, mandibles Myrmoteras dipisahkan oleh Anochetus dan Odontomachus yang luar biasa 270 darjah, sudut ini hanya 180. Pencitraan mikro-CT menumpahkan beberapa cahaya (tinggi tenaga) ke atas ini, menunjukkan bahawa "tuas yang menentang dua otot menarik pada mandible memihak mandibula yang tetap terbuka, kerana cara otot dipasang pada sendi mandibula. "
Konfigurasi Myrmoteras adalah satu pelik. "Itu sistem kunci yang anda tidak jumpa dalam semut jaring lain, " kata Larabee.
Imej mikro-CT X-ray membolehkan Larabee dan pengarangnya untuk menghubungkan apa yang mereka perhatikan dalam video dan di bawah mikroskop dengan kumpulan otot tertentu di dalam kepala semut. Dalam imej ini, biru mewakili "otot yang lebih pantas, " yang dipercayai menetapkan mandible dalam gerakan, dan merahkan "otot yang lebih perlahan, " yang menyelesaikan pekerjaan. (Fredrick Larabee et al.) Kaedah penguncian yang luar biasa ini memberikan satu lagi aspek radas serangan rahang: pemicu. Di kepala-kepala semut jagung lain, otot pencetus-yang menyediakan mandibles dengan torsi awal mereka-cenderung kecil. Kerana cara sistem pengunci berfungsi dalam Myrmoteras, walaupun, pencetus ini jauh lebih ketat, dan mudah dilihat dalam imbasan CT.
Last but not least adalah mekanisme musim bunga yang membolehkan Semut Myrmoteras menyimpan tenaga potensial yang menjadi tenaga kinetik apabila mereka melepaskannya. Larabee memberi hipotesis bahawa sumber utama potensi musim bunga ini adalah lobus di belakang kepala semut, yang dalam fotografi berkecepatan tinggi dilihat berubah secara mendadak semasa serangan. Penyelidikan tambahan diperlukan, tetapi Larabee mengatakan "ubah bentuk kepala begitu besar sehingga kami mengesyaki bahawa itu perlu menyumbang kepada penyimpanan tenaga."
Kesemua faktor ini datang bersama-sama untuk menghasilkan satu mogok Myrmoteras tunggal, sama dengan serangan lain-lain genera rahang jambatan jauh di peringkat makro yang sama sekali idiosyncratic di peringkat mikro. Dan sementara serangan Myrmoteras tidak membungkus seketika seperti semut lain, Larabee cepat menunjukkan bahawa mereka mendapat pekerjaan yang dilakukan.
"Setengah milisaat tidak ada untuk bersin dari segi kelajuan, " katanya, "dan ia banyak yang pantas untuk menangkap springtail." Walaupun dengan alat mereka yang lemah, semut Myrmoteras menghasilkan kira-kira 100 kali ganda kuasa dengan alat elastik yang mereka miliki berkembang daripada yang pernah mereka lakukan melalui tindakan otot langsung sahaja.
Kenapa semangat ini sememangnya mampu menampung keupayaan ini tidak jelas, tetapi Larabee berpendapat ia mempunyai banyak kaitan dengan sasaran lalai mereka. "Anda berakhir dengan perlumbaan tangan antara pemangsa dan mangsa, " katanya. "Jika anda seorang gazelle, anda perlu berjalan pantas, dan ini bermakna cheetah akan berjalan dengan lebih pantas. Dan saya mengesyaki bahawa mempunyai mangsa yang mampu melarikan diri dengan cepat "seperti springtails" adalah tekanan yang baik untuk memilih pemangsa yang benar-benar cepat ini. "
Moreau optimis bahawa penyelidikan ini akan membuka pintu untuk pertanyaan lanjut ke dunia evolusi konvergen yang lebih besar, sering sekali mengagumkan.
"Dengan begitu banyak semut, dan organisma lain, bergantung pada penguatan kuasa untuk menangkap mangsa, " katanya, seorang yang bertanya-tanya, "Berapa banyak cara strategi efektif ini dapat berkembang di seluruh kerajaan haiwan? Dan kajian ini dengan baik menambah pemahaman kami tentang soalan yang sangat menarik ini. "
