Глазом моргнуть не успеете: учёные открыли новый механизм работы муравьиных челюстей
Если в отношениях "хищник-жертва" главным эволюционным преимуществом животного является скорость, то у насекомых всё немного иначе. Так, немногие потенциальные жертвы имеют шанс освободиться, если их схватил муравей. Всё дело в жвалах, или мандибулах – так называются мощные челюсти этих насекомых.
Исследователи давно наблюдают за механизмом работы муравьиных челюстей (и даже делают удивительные открытия, связанные с ними). Ранее было установлено, что различные группы муравьёв с челюстями-"ловушками" независимо друг от друга развили сложные системы захвата, имеющие так называемые защёлки и пружины.
Но, как оказалось, учёным известно ещё далеко не всё. Команда из Национального музея естествознания при Смитсоновском университете впервые подробно изучила мандибулы муравьёв-формицинов из рода Myrmoteras. Эти насекомые встречаются довольно редко в дикой природе, а в лабораторных условиях они практически не способны выжить.
Тем не менее исследователи смогли некоторое время понаблюдать за несколькими колониями этих муравьёв, и в результате сделали удивительное открытие: мандибулы Myrmoteras работают совсем не так, как у всех остальных муравьёв.
"Это очень интересный пример конвергентной эволюции, – рассказывает глава исследовательской группы Фредрик Лараби (Fredrick Larabee). – Изученная группа развила свой собственный механизм совершенно независимо от своих родственников".
Муравьи Myrmoteras обитают в тропиках Юго-Восточной Азии и питаются в основном ногохвостками – крошечными членистоногими, которые в случае опасности могут очень быстро скрыться, прыгая, как блохи. Во время охоты муравьи держат свои челюсти открытыми (угол составляет примерно 280 градусов), что помогает сохранять упругую энергию. Разжимание и сжатие челюстей занимает буквально доли секунды.
Чтобы понять, сколько конкретно длятся эти самые "доли секунды", биологи сначала изучили насекомых под микроскопом, а затем совместили несколько методов наблюдений – микрокомпьютерную томографию, высокоскоростную камеру, захватывающую до 50 тысяч кадров в секунду, а также систему трёхмерной визуализации, которая использует рентгеновские снимки для отображения внутренних структур объекта. В итоге получилась модель движения мандибул, представленная ниже.
Согласно расчётам, одно движение мандибулы муравья занимает всего около половины миллисекунды. Это в 700 раз быстрее, чем мы моргаем. Максимальная скорость движения челюстей Myrmoteras составила 80 километров в час. Это не тянет на рекорд среди муравьёв: у некоторых особей скорость выше в два раза.
Однако, по мнению исследователей, формицинам не нужна сверхскорость, чтобы поймать себе обед. "Им просто нужно быть быстрее своих жертв; для ногохвосток они достаточно быстрые", — поясняет Лараби.
По его словам, самым интересным оказалась не скорость движения мандибул, а сам механизм. Изучая результаты сканирования, исследователи обнаружили одну особенность: строение сустава нижней челюсти муравьёв Myrmoteras существенно отличается от других. В задней части головы у них есть небольшая "лопасть", которая перед щелчком-захватом сжимается, действуя как пружина с потенциальной энергией. Затем "спусковой" мускул освобождает челюсть и вместе с этим высвобождается вся энергия.
Синим, красным и белым цветом выделены мышцы, которые управляют нижней челюстью (она отмечена фиолетовым).
"Любопытно, что расположение мышц и работа челюстей полностью отличны от других муравьёв-захватчиков, которые были изучены. Похоже, перед нами совершенно уникальная эволюция этой системы", — заключает Лараби.
Его команда планирует продолжить изучение этих механизмов. В частности, авторов интересует, как различные системы коррелируют со скоростью и эффективностью захвата жертв.
Более подробное описание необычных муравьёв и их мандибул опубликовано в издании Journal of Experimental Biology.
Ранее, напомним, мы рассказывали о других интересных открытиях, связанных с муравьями. Например, эти насекомые эвакуируют с поля боя покалеченных собратьев и определяют путь к дому по положению солнца и воспоминаниям, а родственников узнают по запаху.
