תאר לעצמך שאתה זוחל לאורך רצפת היער, ומחפש בחוסר מעש קצת פטרייה שתוכל לחרוש עליה, כאשר משום מקום מופיע נמלה עם עיניים בולטות וזוג מנדשות בעלות סכין סכיני גילוח ארוכות, רזות ומושכות בחזרה מאחורי ראשו. . אתה מנסה לקפוץ למקום מבטחים, אך לסתות היצור מהירות מדי - מסתובבות בחצי אלפיות השנייה, הן מתנשאות אותך משני צדדים בבת אחת לפני שהלכת לשום מקום בכלל. כזה הוא חוויה טיפוסית בחיים הקצרים והעצובים של זנב קפיצים, טרף שנבחר לבחירת נמלי "מלכודת הלסת" הפראיות בסוג המירמוטראס .
נמלים של מלכודות לסתות היו מזמן מקור לקסם עבור פרד לרראבי, חוקר פוסט-דוקטורט במוזיאון הטבע הלאומי להיסטוריה של סמיתסוניאן, ומחבר הראשי של מאמר חדשני בנושא הפיזיולוגיה של דגימות מירמוטראס שפורסם היום בכתב העת Journal of Experimental Biology . במחקר, Larabee וחבריו מכוונים לענות על שתי שאלות ברורות אודות חרקים מלזיים נדירים אלה: כמה מהר הם לסתותיהם הקטלניות, וכיצד הם מייצרים את כוחם?
Myrmoteras - מהיוונית בגלל "נמלה מפלצתית" - הוא רק מגוון אחד של נמלים בלסת מלכודות, ומגוון לא שכיח בזה. איסוף ארבע מושבות שלמות למחקר, שניים מכל אחד משני המינים בתוך הסוג, דרש חיטוט נרחב במלטות עלי הג'ונגל בורנבי. מה שהופך את המחקר של מלתכי הלסת למרתק כל כך עבור לרבי ומרמקולוגים אחרים (ביולוגים נגד נמלים) הוא הדמיון התפקודי שנצפה בין מינים שהתפתחו לחלוטין ללא תלות זה בזה.
"מלתעות מלכודות הן באמת מדהימות", אומר לאראבי, המציין כי הם התפתחו בחמש ז'אנרים שונים של נמלים בחמש צורות שונות. "הם התפתחו פעמים רבות בתוך נמלים. היכולת להסתכל על שושלת שונה לחלוטין, מקור אחר של ההתנהגות והמורפולוגיה, נותנת לך הזדמנות ייחודית ללמוד אבולוציה מתכנסת - בעיקרון ההתפתחות החוזרת והמקבילה של מערכת [מלת הלסת] הזו. "
כאשר הציעו לו לעבוד עם מירמוטראס - סוג שהוא ידוע עליו מעט יקר - Larabeee היה מעל הירח. הוא עבד בעבר עם סוגות הלסתות השונות הנפוצות יותר, אנוחטוס ואודונטומאכוס, אך מתוך ידיעה על טיב ההתפתחות המתכנסת, הוא חשב שזה מתקבל על הדעת כי נמלי מירמוטרס פיתחו את אותה יכולת התקפה אכזרית באמצעים אנטומיים שונים לחלוטין.
Larabee וחבריו המשותפים ציפו שההתקפה הנחשבת של מירמוטראס תהיה ייחודית, אך מידת הפיזור ביחס לאלה מז'אנרים אחרים הפתיעה.
על מנת למדוד את המהירות הזוויתית של שביתת הלסת הנכה של הנמלים, הסתמך הצוות על צילום במהירות גבוהה.
"השתמשנו במצלמה שיכולה לצלם 50, 000 פריימים בשנייה כדי להאט את התנועה", הוא אומר, "וזה היה מספיק מהיר כדי להיות מסוגל להאט אותה כדי למדוד בפועל את משך השביתה, וגם את מהירות השיא . "
במהירות המהירה ביותר, המנדבילים נעים במהירות ליניארית של 60 מיילים לשעה, וכל תנועתם הושלמה בתוך בערך 1/700 מהזמן שלוקח לאדם למצמץ את עיניהם.
אולם באופן משעשע, מה שהפתיע את Laraby היה שהתוצאה הזו לא הייתה כל כך מהירה. "בהשוואה לנמלים לסת מלכודות אחרות, זה די איטי, " הוא אומר בצחוק. אכן, תנועת הצוואר של נמלי אודונטומאוס מהירה לחלוטין פי שניים.
לאראבי האמין שהסיבה לאטיות ההשוואתית של שביתות הלסת של מירמוטראס חייבת להיות קשורה למבנים האנטומיים המאפשרים אותם - נושא החלק השני של המחקר שלו.
בנוסף לשיטה המוכחת לבחינת דגימות תחת מיקרוסקופ עבור רמזים באשר להפעלת מערכת הלסתות שלהם, הצוות של Larabee הביא טכנולוגיה מודרנית שלא נבדקה בעבר בתחום מחקר הנמלים בלסת המלכודות: סריקת מיקרו-CT רנטגן.
בעיקרו של דבר גרסה מכווצת של סריקת ה- CAT שאולי תקבל במשרד הרופא, טכניקת המיקרו-CT מאפשרת לחוקרים כמו לאראבי לקבל מושג טוב יותר על המבנים הפנימיים הקיימים בדגימה נתונה, וכיצד הם מסודרים בשלושה- מרחב ממדי.
"בסביבה דיגיטלית, " אומר לרבי, הוא הצליח "להביט במבנים ולראות איך הם קשורים זה לזה, ואיפה שרירים מתחברים למנדט." הוא תומך עצום בטכנולוגיית המיקרו-CT, המספק תובנות משמעותיות מבלי לפגוע בדגימה. (בהתחשב בעובדה שהשיטות הטובות ביותר ללימוד דגימות שהועברו לארכיון אינן לשנותן, מיקרו-סי.טי יכול להוכיח כמי שמייצרת את עמיתי המוזיאון של Larabee בעתיד.)
הביולוגית והאנטומולוגית האבולוציונית קורי מורו, פרופסור במוזיאון השדה להיסטוריה טבעית של שיקגו, נרגשת מהקפדנות הטכנית של מחקר מירמוטראס ומההשלכות האפשריות שלו על התחום.
"החוזק האמיתי של מחקר זה של לרבי, גרוננברג וסוארס, " היא אומרת, "הוא מגוון הכלים והטכניקות שהמחברים השתמשו בהם בכדי להבין היטב את המנגנונים שהשתמשו בקבוצת הנמלים הזו בכדי להשיג הגברת כוח."
מה שלאראבי מצא בניתוח ה- CT שלו היה שמנגנוני הנעילה, הקפיץ וההדק שמאפשרים למירמוטראס לבצע את התקפי הלסת שלו, היו ככל הנראה שונים באופן משמעותי מקביליהם בנמלים של לסת מלכודות של סוגות אחרות.
המסקרן ביותר, אולי, הוא מנגנון הנעילה שמרחיק את הלסתות כשלא מעורבות. לפני תקיפה מופרדים המנדלים של מירמוטראס על ידי 270 מעלות מדהימים - באנוצ'טוס ואודונטומאכוס, זווית זו היא רק 180. הדמיה של מיקרו-CT שופכת מעט אור על כך, ומציעה כי "המנופים המנוגדים של שני שרירים למשוך את המנדט לטובת המנדט להישאר פתוח, בגלל האופן בו השרירים מחוברים למפרק המנדט. "
תצורת Myrmoteras היא ביזארית. "זו מערכת נעילה שאתה לא רואה בנמלים לסתות מלכודות אחרות, " אומר Larabee.
תמונות מיקרו-CT רנטגן אפשרו ללראבי וחבריו לעבודה לקשר בין מה שצפו בסרטונים ומתחת למיקרוסקופ עם קבוצות שרירים ספציפיות בראשי הנמלים. בתמונה זו כחול מייצג את "השריר המתקרב מהר יותר", האמין כי הוא מניע את המנדט בתנועה, ואדום את "השריר האיטי יותר קרוב", המסיים את העבודה. (פרדריק לרראבי ואח ') שיטת נעילה יוצאת דופן זו מביאה היבט נוסף למנגנון התקפת הלסת: ההדק. בראשי נמלים מלסתות מלכודת אחרות, שריר ההדק - המספק למנדלים את המומנט הראשוני שלהם - נוטה להיות קטן. בגלל האופן שבו מערכת הנעילה מתפקדת במירמוטראס, לעומת זאת, ההדק הזה הוא יותר משמעותי ומבחין בקלות בסריקות ה- CT.
אחרון חביב הוא מנגנון הקפיץ שמאפשר לנמלים של מירמוטראס לאגור את האנרגיה הפוטנציאלית שהופכת לאנרגיה קינטית כאשר הם משחררים. Larabee משער כי מקור עיקרי לפוטנציאל האביב הזה הוא אונה בחלק האחורי של ראש הנמלים, אשר בצילום המהיר נראה שהתעוות באופן משמעותי במהלך התקפות. דרוש מחקר נוסף, אך לרבי אומר כי "עיוות הראש כה גדול עד שאנו חושדים שזה צריך לתרום לאחסון האנרגיה."
כל הגורמים השונים הללו נפגשים יחד כדי לייצר שביתה מירמוטראס אחת, בדומה לשביתות של ז'אנרי לסת מלכודות מרוחקות אחרות ברמת המאקרו ועם זאת אידיוסינקרטיות לחלוטין ברמת המיקרו. ובעוד שתקיפות מירמוטראס אינן אורזות לנד-אפ גדול כמו אלה של נמלים אחרות, Larabee ממהר לציין כי הם מבצעים את העבודה.
"חצי אלפית השנייה לא צריך להתעטש מבחינת המהירות", הוא אומר, "וזה די מהר לתפוס זנב קפיצי." אפילו עם המנגנון החלש יותר שלהם, נמלי מירמוטרה מייצרות כוח פי מאה עם הכלים האלסטיים שיש להם. התפתח ממה שהם יכלו אי פעם באמצעות פעולת שרירים ישירה בלבד.
מדוע בדיוק הנמלים הללו פיתחו יכולת זו אינה ברורה, אך לרבה חושב שזה קשור למטרות הזריזות שלהם. "אתה בסופו של דבר עם מירוצי הנשק האלה בין טורפים לטרף, " הוא אומר. "אם אתה גאזלה, אתה צריך לרוץ מהר, וזה אומר שהצ'יטה הולכת לרוץ עוד יותר מהר. ואני חושד שלשימוש בטרף המסוגלים לברוח מהר מאוד "- כמו מזרקי קפיצים -" הוא לחץ טוב לבחור עבור הטורפים המהירים באמת האלה. "
מורו אופטימי שהמחקר הזה יפתח את הדלת לבירורים נוספים אודות העולם הגדול והמדהים ביותר של האבולוציה המתכנסת.
"עם כל כך הרבה נמלים ואורגניזמים אחרים, הנשענים על הגברת כוח בכדי ללכוד טרף, " היא אומרת, תוהה, "כמה דרכים יכולות אסטרטגיה יעילה זו להתפתח ברחבי ממלכת החיות? והמחקר הזה מוסיף יפה להבנתנו בשאלה מאוד מעניינת זו. "
