Вчені розібралися в роботі мурашиного «підсилювача щелеп»

Американські вчені вивчили механізм роботи щелеп мурашок з роду мірмотерасів. Для цього вони записали на відео представників двох колоній мірмотерасів під час захоплення їжі з використанням мандибул і вивчили їх внутрішню і зовнішню будову. Вчені з'ясували, що мірмотераси можуть закривати щелепи за 0,62 мілісекунди, а механізм посилення сили удару є унікальним серед йому подібних. Стаття опублікована в журналі.

Швидкість - один з фундаментальних аспектів виживання в тваринному світі, що допомагає як добувати їжу, так і рятуватися від неприємеля. Швидкість найчастіше обмежена м'язовим потенціалом кінцівок, однак, у деяких тварин в процесі еволюції розвинулися спеціальні механізми збільшення сили. Наприклад, механізми посилення дозволяють ракам-богомолам мати дуже потужні лапи, які допомагають їм швидко переміщатися і ефективно атакувати противника. Деякі види мурахів використовують такі механізми для підвищення сили зовнішніх щелеп-мандібул (жвал), дозволяючи їм захоплювати видобуток або ховатися від противника. Серед чотирьох відомих родів мурахів з таким механізмом найбільш маловивченим є рід мірмотерасів (лат.), який мешкає в Південно-східній Азії.

Автори нової роботи вивчили швидкість руху і м'язовий механізм, що відповідає за посилення мандибул мурашок-мірмотерасів. Рухи мандибул при захопленні були зняті за допомогою високошвидкісної відеокамери, що знімає зі швидкістю 50 тисяч кадрів в секунду, а внутрішню і зовнішню будову механізму посилення жвал було вивчено за допомогою комп'ютерної мікротомографії (x-ray microtomography) і стереомікроскопа.

Аналіз швидкості руху мандибул показав, що в спокійному стані мірмотераси тримають щелепи відкритими на 280 градусів, а при захопленні видобутку закривають їх, в середньому, за 0,62 мілісекунди, а відношення сили до маси їх мандибул дорівнює 21 кВт/кг. Ці показники майже в два рази менші, ніж у іншого роду мурахів з «посиленими» мандібулами (одонтомахусів), однак, на думку вчених, такої сили і швидкості мірмотерасам достатньо для того, щоб ефективно полювати, а сама швидкість і сила пояснюється тим, що їхні мандібули довші і тонші, ніж у одонтомахусів.

Аналіз внутрішньої і зовнішньої морфології мандибул у закритому і відкритому стані допоміг виявити будову механізму посилення, а також його роботу. Так, мандибула мураха прикріплена до м'язової структури голови за допомогою аподеми - хітинового покриву. Груп, що відповідають за рухи мандибул, дві: відкриває і закриває. Закриваюча група м'язів займає чверть всього обсягу голови мураха, і підрозділюється на дві частини: «швидкий» м'яз, що закриває, що складається з м'язових тканин, і «повільний» - з м'язових тканин, що скорочуються повільніше.

Вчені з'ясували, що за механізм посилення відповідає пружинний механізм, що знаходиться в задній частині голови мураха. Повільно скорочуються м'язові тканини «заряджають» пружинний механізм, а часто скорочуються - запускають його. Такий складний механізм посилення мандибул є унікальним: інші представники подібних видів мурашок, в основному, мають непружинні механізми, що складаються тільки з двох окремих м'язів - закриваючого і відкриває.

Про те, як інші мурахи, одонтомахуси, використовують мандібули для того, щоб рятуватися від ворогів, ви можете прочитати в нашій замітці.