Forestil dig, at du kravler langs skovbunden, idet du søger efter en smule svampe at tygge ned på, når en myr med svulmende øjne og et par lange, slanke, barberknivudrustede kugle, der er trukket tilbage bag hovedet, vises . Du forsøger at hoppe væk i sikkerhed, men væsenens kæber er for hurtige - pisker rundt i et halvt millisekund, de impalerer dig fra to sider på en gang, inden du overhovedet er gået. Sådan er en typisk oplevelse i det triste, korte liv i en springtail, bytte, der vælges for de vilde ” fældekæber ” -myrer af Myrmoteras- slægten.
Fældekæbe-myrer har længe været en kilde til fascination for Fred Larabee, en postdoktorisk forsker ved Smithsonian's National Museum of Natural History og hovedforfatter af et banebrydende dokument om fysiologi af prøver fra Myrmoteras, der i dag er offentliggjort i Journal of Experimental Biology . I undersøgelsen har Larabee og hans kohorter til formål at besvare to forskellige spørgsmål om disse sjældne malaysiske insekter: nøjagtigt hvor hurtigt er deres dødbringende kæber, og hvordan er det, at de genererer deres magt?
Myrmoteras - fra den græske for ”uhyrlig myr” - er kun en række fældekævemyrer og en usædvanlig sort derpå . Indsamling af fire hele kolonier til undersøgelsen, to fra hver af to arter inden for slægten, krævede omfattende rummaging gennem Bornean jungle leaf kuld. Hvad der gør fang-kæbe-forskning så fascinerende for Larabee og andre myrmekologer (antbiologer) er den funktionelle lighed, der er observeret mellem arter, der udviklede sig helt uafhængige af hinanden.
”Fældekæber er virkelig bemærkelsesværdige, ” siger Larabee, der bemærker, at de har udviklet sig i fem forskellige ant-slægter i fem forskellige former. ”De har udviklet sig flere gange inden for myrer. At være i stand til at se på en helt anden afstamning, en anden oprindelse i adfærden og morfologien, giver dig en unik mulighed for at studere konvergent evolution - dybest set den gentagne, parallelle udvikling af dette [fælde-kæbe] system. ”
Da han blev tilbudt muligheden for at arbejde med Myrmoteras - en slægt, som der var kendt meget dyrebart, var Larabee over månen. Han havde arbejdet med de mere almindelige fældekæbe -slægter Anochetus og Odontomachus før, men kendte til den konvergente evolutions karakter, syntes han det var sandsynligt, at Myrmoteras- myrerne havde udviklet den samme onde angrebskapacitet på en helt anden anatomisk måde.
Larabee og hans medforfattere forventede, at Myrmoteras mandible angreb ville være unikt, men omfanget af dets ulighed med dem fra andre slægter kom overraskende.
For at måle vinkelhastigheden for myrenes lammende kæbestrækning stod teamet på højhastighedsfotografering.
”Vi brugte et kamera, der kunne filme med 50.000 billeder i sekundet for at bremse bevægelsen, ” siger han, ”og det var hurtigt nok til at kunne bremse det ned til faktisk at måle varigheden af en strejke, og også tophastigheden .”
På deres hurtigste bevæger mandibles sig med en lineær hastighed på 60 miles i timen, og hele deres bevægelse er færdig inden for ca. 1/700 af den tid det tager et menneske at blinke deres øjne.
Det, der overraskede Larabee, var dog morsomt, at dette resultat ikke var så hurtigt. ”Sammenlignet med andre myrer med fældekæber, er det temmelig langsomt, ” siger han med en latter. Faktisk er sneglen bevægelse af myrer Odontomachus fuldt ud dobbelt så hurtig.
Larabee antog, at grunden til den sammenlignende træghed i Myrmoteras kæbe strejker skal have at gøre med de anatomiske strukturer, der muliggør dem - emnet for den anden del af hans forskning.
Ud over den velprøvede metode til at undersøge prøver under et mikroskop for ledetråde vedrørende driften af deres fældekævesystem bragte Larabees team en moderne teknologi, der tidligere ikke var testet inden for området fælde-kæbe-myr-forskning: X-ray mikro-CT-scanning.
I det væsentlige en nedskåret version af den CAT-scanning, du muligvis modtager på lægekontoret, mikro-CT-teknikken gør det muligt for forskere som Larabee at få en bedre idé om de interne strukturer, der findes i et givet eksemplar, og hvordan de er arrangeret i tre- dimensionelt rum.
”I et digitalt miljø, ” siger Larabee, var han i stand til at ”se på strukturer og se, hvordan de forholder sig til hinanden, og hvor muskler hænger fast ved mandibelen.” Han er en enorm talsmand for mikro-CT-teknologien, som giver betydelig indsigt uden at skade prøven. (I betragtning af at bedste praksis til at studere arkiverede prøver ikke er at ændre dem, kunne mikro-CT vise sig at være en stor velsignelse for Larabee museumskolleger fremover.)
Evolutionsbiolog og entomolog Corrie Moreau, professor ved Chicagos feltmuseum for naturhistorie, er begejstret over den tekniske strenghed i Myrmoteras- forskningen og over dens mulige implikationer for området.
"Den virkelige styrke i denne undersøgelse af Larabee, Gronenberg og Suarez, " siger hun, "er mangfoldigheden af værktøjer og teknikker, som forfatterne brugte til fuldt ud at forstå de mekanismer, der anvendes af denne gruppe myrer til at opnå magtforstærkning."
Hvad Larabee fandt med sin CT-analyse var, at låse-, fjeder- og udløsningsmekanismerne, der tillader Myrmoteras at udføre dets kæbeangreb, sandsynligvis var væsentligt forskellige fra deres ækvivalenter i fældekæbermyrer fra andre slægter.
Mest spændende er måske låsemekanismen, der holder kæberne fra hinanden, når de ikke er i indgreb. Før et angreb adskilles Myrmoteras mandibles af utrolige 270 grader - i Anochetus og Odontomachus er denne vinkel kun 180. Micro-CT-billeddannelse kaster lidt (højenergi) lys over dette, hvilket antyder, at ”de modsatte håndtag i to muskler ved at trække på den mandible favoriserer mandibelen at være åben, på grund af den måde musklerne er fastgjort til det mandible led. ”
Myrmoteras- konfigurationen er en bisarr konfiguration. ”Det er et låsesystem, som du ikke kan se i andre fældekæbe-myrer, ” siger Larabee.
Røntgenstråling af mikro-CT-billeder gjorde det muligt for Larabee og hans medforfattere at forbinde, hvad de havde set i videoer og under mikroskopet med specifikke muskelgrupper i myrerhovederne. I dette billede repræsenterer blå den "hurtige tættere muskel", der antages at sætte mandibelen i bevægelse, og rød den "langsomt tættere muskel", der afslutter jobbet. (Fredrick Larabee et al.) Denne usædvanlige låsemetode informerer et andet aspekt af kæbenangreb apparater: udløseren. I hovederne på andre fælde-kæbe-myrer har triggermusklen - som giver mandiblerne deres oprindelige drejningsmoment - en tendens til at være lille. På grund af den måde, hvorpå låsesystemet fungerer i Myrmoteras, er denne trigger imidlertid væsentligt kødere og skelnes let i CT-scanninger.
Sidst men ikke mindst er fjedermekanismen, der gør det muligt for Myrmoteras- myrer at lagre den potentielle energi, der bliver kinetisk energi, når de slipper løs. Larabee antager, at en primær kilde til dette forårspotentiale er en lomme bagpå myrerhovederne, som i højhastighedsfotograferingen blev set at deformere markant under angreb. Yderligere forskning er påkrævet, men Larabee siger, at "deformation af hovedet er så stort, at vi har mistanke om, at det er nødt til at bidrage til energilagring."
Alle disse forskellige faktorer mødes for at frembringe et enkelt Myrmoteras- strejke, svarende til strejkerne fra andre langt-kastede fældekæbe-slægter på makroniveau, men alligevel helt idiosynkratiske på mikroniveau. Og selvom Myrmoteras- angreb ikke pakker en lige så stor wallop som hos andre myrer, er Larabee hurtig med at påpege, at de får jobbet gjort.
”Et halvt millisekund er intet at nyde i med hensyn til hastighed, ” siger han, ”og det er meget hurtigt at fange en springtail.” Selv med deres svagere apparater genererer Myrmoteras- myrer omkring 100 gange så meget magt med det elastiske værktøj, de har udviklet sig, end de nogensinde kunne gennem direkte muskelhandling alene.
Hvorfor nøjagtigt disse myrer udviklede denne kapacitet er uklart, men Larabee mener, det har meget at gøre med deres kvikke mål. ”Du ender med disse våbenløb mellem rovdyr og byttedyr, ” siger han. ”Hvis du er en gaselle, skal du løbe hurtigt, og det betyder, at geparden vil løbe endnu hurtigere. Og jeg formoder, at det at have bytte, der er i stand til at flygte meget hurtigt ”- i lighed med springtails -” er et godt pres for at vælge disse virkelig hurtige rovdyr. ”
Moreau er optimistisk over, at denne forskning vil åbne døren for yderligere undersøgelser af den større, ofte forbløffende verden af konvergent evolution.
”Med så mange myrer og andre organismer, der er afhængige af magtforstærkning for at fange byttedyr, ” siger hun, undrer man sig, ”Hvor mange måder kan denne effektive strategi udvikles på tværs af dyreriget? Og denne undersøgelse bidrager pænt til vores forståelse af dette meget interessante spørgsmål. ”
