למיטב ידיעתנו, ההילוכים המכניים - שיניים בגודל שווה שנחתכו לשני משטחים מסתובבים שונים כדי לנעול אותם זה עם זה מסתובבים - הומצא מתישהו בערך 300 לפני הספירה על ידי מכונאים יוונים שחיו באלכסנדריה. במאות שחלפו מאז הפך הרעיון הפשוט לאבן המפתח של הטכנולוגיה המודרנית, ומאפשר כל מיני מכונות ורכבים, כולל מכוניות ואופניים.
עם זאת, מסתבר שחרק קופץ באורך שלושה מילימטר המכונה Issus coleoptratus היכה אותנו להמצאה זו. מלקולם בורו וגרגורי סאטון, זוג ביולוגים מאוניברסיטת קיימברידג 'בבריטניה, גילו שלצעירים מהזן יש מערכת הילוכים מורכבת הנועלת את רגליהם האחוריות זה לזה, ומאפשרת לשני הנספחים להסתובב באותו רגע בדיוק, וגורמת ל יצורים זעירים קופצים קדימה.
Issus coleoptratus
ההילוכים ממוקמים בקטע העליון של כל אחת מרגליו האחוריות של החרק
הממצא, שפורסם היום ב- Science, הוא ככל הנראה מערכת ההילוכים הפונקציונלית הראשונה שהתגלתה אי פעם בטבע. חרקים מהסוג של איסוס, המכונים בדרך כלל "קוצני-חלילה", נמצאים ברחבי אירופה וצפון אפריקה. Burrows and Sutton השתמשו במיקרוסקופי אלקטרונים ובכידת וידאו במהירות גבוהה כדי לגלות את קיומו של ההילוכים וכדי להבין את תפקידו המדויק.
הסיבה להילוכים, הם אומרים, היא קואורדינציה: כדי לקפוץ, שתי רגליו האחוריות של החרק צריכות לדחוף קדימה בדיוק באותו הזמן. מכיוון ששניהם מתנדנדים לרוחב, אם האחד מורחב שבריר שנייה מוקדם יותר מהשני, זה היה דוחף את החרק מהמסלול ימינה או שמאלה, במקום לקפוץ ישר קדימה.
ההילוכים הם פיתרון אלגנטי. הסרטונים המהירים של החוקרים הראו כי היצורים, שקופצים במהירויות של עד 8.7 מיילים לשעה, תקעו את רגליהם האחוריות במצב קפיצה ואז דחפו קדימה, כשכל אחד נע בתוך 30 מיקרו שניות (זה 30 מיליון העשרים משנייה) ) של האחר.
ההילוכים בעלי השיניים הדקיקות ברגליים מאפשרים לזה לקרות. " באיסוס, השלד משמש כדי לפתור בעיה מורכבת שמוח ומערכת העצבים אינם יכולים", אמר בורובס בהודעת עיתונאים.
ההילוכים ממוקמים בראש רגליה האחוריות של החרקים (על מקטעים המכונים טרקטורה) וכוללים 10 עד 12 שיניים מחודדות, כל אחת ברוחב של 80 מיקרומטר (או 80 מיליון ד 'מטר). בכל חפצי איזוסוס שנבדקו, היה אותו מספר שיניים על כל רגל אחורית, וההילוכים ננעלים זה בזה. לשיניים יש אפילו עקומות פילה בבסיס, עיצוב המשולב בהילוכים מכניים מעשה ידי אדם מכיוון שהוא מקטין את הבלאי לאורך זמן.
כדי לאשר שההילוכים ביצעו את הפונקציה הזו, החוקרים ביצעו טריק מסודר (גם אם חולני) עם איזוס מת. הם הניעו את רגליהם ידנית לאחור במצב קפיצה ואז גיררו חשמלית את שריר הקפיצה הראשי ברגל אחת כך שהרגל התרחבה. מכיוון שהוא היה נעול באופן סיבובי על ידי ההילוכים, גם הרגל השנייה הלא מעוררת נעה והחרק המת קפץ קדימה.
התעלומה העיקרית היא העובדה שלמבוגרים מאותו מין חרקים אין שום הילוך - כאשר הצעירים מתבגרים ועורם נמס, הם לא מצליחים לצמוח מחדש את שיני ההילוכים הללו, ורגליהם הבוגרות מסונכרנות על ידי מנגנון חלופי ( סדרה של בליטות משתרעת משתי הרגליים האחוריות ודוחפת את הרגל השנייה לפעולה).
Burrows and Sutton משערים כי ניתן להסביר זאת על ידי שבריריות ההילוכים: אם שן אחת נשברת, היא מגבילה את יעילות העיצוב. זו לא בעיה כל כך גדולה עבור הנוער, אשר שוב ושוב מתנפחים ומגדלים הילוכים חדשים לפני הבגרות, אבל עבור איסוס הבוגר, החלפת השיניים תהיה בלתי אפשרית - ומכאן הסידור החלופי.
היו בעבר מבנים דמויי הילוכים שנמצאו בעבר על בעלי חיים אחרים (כמו צב קוצני או חיידק הגלגלים), אך הם נוי גרידא. נראה כי זהו העיצוב הטבעי הראשון שמתפקד מכנית כמו מערכות ההילוכים שלנו.
"אנחנו בדרך כלל חושבים על הילוכים כדבר שאנחנו רואים במכונות מעוצבות אנושיות, אבל גילינו שזה רק בגלל שלא נראינו מספיק קשה", אמר סאטון. "ההילוכים האלה לא מתוכננים; הם מתפתחים - מייצגים מכונות במהירות גבוהה ודיוק שהתפתחו לסנכרון בעולם החיות. "
