Dengan pengetahuan yang terbaik, gigi mekanikal yang bersaiz rata-rata dipotong menjadi dua permukaan berputar yang berbeza untuk mengunci mereka bersama-sama ketika mereka berpaling-dicipta sekitar sekitar 300 SM oleh mekanik Yunani yang tinggal di Alexandria. Sejak berabad-abad lamanya, konsep mudah telah menjadi batu permata teknologi moden, yang membolehkan pelbagai jentera dan kenderaan, termasuk kereta dan basikal.
Kerana ternyata, serangga melompat tiga milimeter yang dikenali sebagai Issus coleoptratus memukul kami untuk ciptaan ini. Malcolm Burrows dan Gregory Sutton, sepasang ahli biologi dari University of Cambridge di UK, mendapati bahawa juvana spesies mempunyai sistem penggearan yang rumit yang mengunci kaki belakang mereka bersama-sama, yang membolehkan kedua-dua lampiran berputar pada masa yang sama segera, menyebabkan makhluk kecil melompat ke hadapan.
Issus coleoptratus
Gears terletak di bahagian atas setiap kaki belakang serangga
Temuan yang diterbitkan hari ini dalam Sains, dipercayai merupakan sistem penggentian fungsional yang pertama yang pernah ditemui di alam semula jadi. Serangga dari genus Issus, yang biasa disebut "penebang, " ditemui di seluruh Eropah dan Afrika Utara. Burrows dan Sutton menggunakan mikroskop elektron dan penangkapan video berkelajuan tinggi untuk mengetahui kewujudan gear dan mengetahui fungsi yang tepat.
Alasan penyelenggaraan, mereka berkata, adalah koordinasi: Untuk melompat, kedua-dua kaki belakang serangga itu mesti menolak ke hadapan pada masa yang sama. Kerana kedua-duanya berayun kemudian, jika seseorang diperpanjang sebulan lebih awal daripada yang lain, ia akan menolak kursus serangga ke kanan atau kiri, bukan melompat ke hadapan.
Gearing adalah penyelesaian yang elegan. Video berkelajuan tinggi penyelidik menunjukkan bahawa makhluk-makhluk yang melompat pada kelajuan setinggi 8.7 batu sejam, mengetuk kaki belakangnya dalam posisi melompat, kemudian maju ke depan, dengan setiap bergerak dalam 30 mikrodetik (itu 30 juta dari satu saat ) yang lain.
Gear gigi halus di kaki mereka membolehkannya berlaku. "Di Issus, kerangka digunakan untuk menyelesaikan masalah kompleks yang tidak dapat dilakukan oleh otak dan saraf, " kata Burrows dalam satu kenyataan akhbar.
Gears terletak di bahagian atas kaki belakang serangga (pada segmen yang dikenali sebagai trochantera) dan termasuk 10 hingga 12 gigi tirus, masing-masing sekitar 80 mikrometer lebar (atau 80 juta meter). Dalam semua Issus hoppers dikaji, jumlah gigi yang sama hadir pada setiap kaki belakang, dan gear dikunci bersama-sama dengan kemas. Gigi juga mempunyai lengkung penuh pada asas, reka bentuk yang dimasukkan ke dalam gear mekanik buatan manusia kerana ia mengurangkan haus dari masa ke masa.
Untuk mengesahkan bahawa gear telah melakukan fungsi ini, para penyelidik melakukan trik yang rapi (walaupun morbid) dengan beberapa Issus yang mati. Mereka secara manual mengetuk kaki mereka kembali dalam kedudukan melompat, maka elektrik merangsang otot melompat utama dalam satu kaki sehingga kaki diperpanjang. Kerana ia diputar secara berputar dengan gear, kaki yang tidak dirangsang juga bergerak, dan serangga mati melompat ke hadapan.
Misteri utama adalah hakikat bahawa orang dewasa spesies serangga yang sama tidak mempunyai gearing-ketika anak-anak muda tumbuh dan kulitnya cerah, mereka gagal menyusun gigi gear ini, dan kaki dewasa disegerakkan oleh mekanisme alternatif ( satu siri tonjolan meluas dari kedua-dua kaki belakang, dan menolak kaki yang lain ke dalam tindakan).
Burrows dan Sutton membuat hipotesis bahawa ini dapat dijelaskan oleh kerapuhan gearing: jika satu gigi pecah, ia menghadkan keberkesanan reka bentuk. Ini bukanlah satu masalah besar bagi remaja, yang berulang kali menelan dan menumbuhkan gigi baru sebelum dewasa, tetapi untuk Issus yang matang, menggantikan gigi tidak mustahil - oleh itu susunan alternatif.
Terdapat struktur seperti gear yang pernah ditemui pada haiwan lain (seperti penyu spin atau bug roda), tetapi ia semata-mata hiasan. Ini seolah-olah menjadi reka bentuk semulajadi yang pertama yang berfungsi secara mekanikal seperti sistem kami yang diarahkan.
"Kami biasanya memikirkan gear sebagai sesuatu yang kami lihat dalam jentera yang dirancang manusia, tetapi kami mendapati bahawa itu hanya kerana kami tidak kelihatan cukup keras, " kata Sutton. "Gear ini tidak direka; mereka berkembang - yang mewakili mesin berkelajuan tinggi dan ketepatan yang berkembang untuk penyegerakan di dunia haiwan. "
