Представете си, че пълзите по горския под, бездействащо търсейки малко гъбички, за да се задушите, когато от нищото се появява мравка с изпъкнали очи и чифт дълги, стройни, снабдени с бръснач челюсти, изтеглени зад главата му, Опитвате се да отскочите до безопасност, но челюстите на съществото са твърде бързи - размахвайки се на половин милисекунда, те ви набиват от две страни наведнъж, преди изобщо да отидете някъде. Такова е типично преживяване в тъжния, кратък живот на пролетен хвощ, плячка на избор за дивите мравки „капан-челюст” от рода Мирмотерас .
Мравките с трап челюсти отдавна са източник на очарование за Фред Лараби, докторантичен изследовател в Националния природонаучен музей на Смитсониън и водещ автор на авангардна книга за физиологията на образците на Мирмотера, публикувана днес в списанието за експериментална биология . В проучването Лараби и неговите кохорти се стремят да отговорят на два различни въпроса за тези редки малайзийски насекоми: колко точно бързи са смъртоносните им челюсти и как е възможно те да генерират силата си?
Мирмотерас - от гръцки за „чудовищна мравка“ - е само един вид мравки с капани и черен характер . Събирането на четири цели колонии за изследването, по две от всеки от двата вида в рода, изискваше обширно ровене през листата на листата на джунглата на Bornean. Това, което прави трап-челюстните изследвания толкова завладяващи за Лараби и други мирмеколози (мравки биолози), е функционалното сходство, наблюдавано между видовете, които са се развили напълно независимо един от друг.
„Капаните на челюстите са наистина забележителни“, казва Лараби, която отбелязва, че те са се развили в пет различни рода мравки в пет различни форми. „Те са се развили многократно в рамките на мравки. Да можеш да разгледаш съвсем различна линия, различен произход на поведението и морфологията, ти дава уникална възможност да изучаваш конвергентната еволюция - основно повторната, паралелна еволюция на тази [трап-челюст] система. "
Когато му се предложи възможността да работя с Мирмотерас - род, за който се знаеше скъпоценно малко - Лараби беше над Луната. И преди той е работил с по-често срещаните родово -челюстни родове Anochetus и Odontomachus, но знаейки природата на конвергентната еволюция, той смяташе за правдоподобно, че мраморите Myrmoteras са развили същата порочна способност за атака чрез съвсем различни анатомични средства.
Лараби и неговите съавтори очакваха атаката на мандибула на Мирмотера да бъде уникална, но степента на нейното различие от тази на други родове дойде като изненада.
За да измери ъгловата скорост на осакатяващата челюст на удара на мравките, екипът разчита на високоскоростна фотография.
"Използвахме камера, която може да заснеме 50 000 кадъра в секунда, за да забави движението", казва той, "и това беше достатъчно бързо, за да може да го забави, за да измери действително продължителността на удара, а също и максималната скорост . "
Най-бързо мандибулите се движат с линейна скорост от 60 мили в час и цялото им движение е завършено в рамките на около 1/700-о от времето, от което човек отнема да им мигне очите.
Забавно обаче, което изненада Лараби беше, че този резултат не беше толкова бърз. „В сравнение с други мравки с капани, е доста бавно“, казва той през смях. В действителност движението на щипци на мравки Odontomachus е напълно два пъти по-бързо.
Лараби предположи, че причината за сравнителната мудност на ударите на челюстта на Мирмотерас трябва да е свързана с анатомичните структури, които им позволяват - предмет на втората част от неговото изследване.
В допълнение към изпитания метод за изследване на образци под микроскоп за откриване на улики относно работата на тяхната система за капан-челюст, екипът на Larabee донесе на съвременна технология, преди това непроверена в сферата на изследванията на капан и челюст: Рентгеново микро-КТ сканиране.
По същество свита версия на CAT сканирането, която може да получите в лекарския кабинет, микро-КТ техниката позволява на изследователи като Larabee да получат по-добра представа за вътрешните структури в даден образец и как те са подредени в три- размерно пространство.
"В дигитална среда", казва Лараби, той е бил в състояние да "разгледа структурите и да види как те се свързват една с друга и къде мускулите се прикрепят към мандибулата." Той е огромен привърженик на микро-КТ технологията, което дава значителна информация, без да навреди на образеца. (Като се има предвид, че най-добрата практика за изследване на архивирани екземпляри не е да ги променяте, микро-CT може да се окаже основна полза за колегите от музея на Larabee напред.)
Еволюционният биолог и ентомолог Корри Моро, професор в Приложния природонаучен музей на Чикаго, се вълнува от техническата строгост на изследванията на Мирмотерас и от възможните последици за полето.
„Истинската сила на това проучване на Ларабе, Гроненберг и Суарес“, казва тя, „е многообразието от инструменти и техники, които авторите използват, за да разберат напълно механизмите, използвани от тази група мравки за постигане на усилване на мощността.“
Това, което Лараби откри при своя CT анализ, е, че механизмите за заключване, пружина и задействане, които позволяват на Myrmoteras да изпълнява атаките на челюстта, вероятно се различават значително от техните еквиваленти при мравките на трап-челюстта от други родове.
Най-интригуващият може би е заключващият механизъм, който държи челюстите на разстояние, когато не е захванат. Преди нападение мандибулите на Мирмотераса са разделени от невероятните 270 градуса - при Анохет и Одонтомах този ъгъл е само 180. Микро-КТ изображенията хвърлят малко (високоенергийна) светлина върху това, което предполага, че „противоположните лостове на два мускула издърпването на челюстта благоприятства, че мандибулата остава отворена, поради начина, по който мускулите са прикрепени към мандибулната става. "
Конфигурацията на Myrmoteras е странна. „Това е заключваща система, която не виждате при други мравки на капан”, казва Лараби.

Този необичаен метод на заключване информира друг аспект на устройството за атака на челюстта: спусъка. В главите на други мравки-челюсти спусъка, който осигурява мандибулите с първоначалния си въртящ момент, обикновено е малък. Поради начина на функциониране на заключващата система в Myrmoteras, този спусък е значително по-плътен и лесно се разпознава при СТ сканирането.
Не на последно място е пружинният механизъм, който позволява на мраморите Myrmoteras да съхраняват потенциалната енергия, която се превръща в кинетична енергия, когато ги пуснат. Лараби хипотезира, че основен източник на този пролетен потенциал е лобът в задната част на главите на мравките, който при фотографията на високоскоростната система се наблюдава, че се деформира значително по време на атаки. Необходими са допълнителни изследвания, но Лараби казва, че „деформацията на главата е толкова голяма, че подозираме, че това трябва да допринесе за съхранението на енергия.“
Всички тези различни фактори се събират, за да произведат един единствен удар на Myrmoteras, подобен на ударите на други далечни родове на капана на челюстта на макро ниво, но напълно идиосинкратични на микро ниво. И макар атаките на Мирмотерас да не са толкова големи, колкото тези на други мравки, Лараби бърза да посочи, че те свършват работата.
„Половин милисекунда няма какво да кихате по отношение на бързината - казва той, - и е достатъчно бързо да уловите пружинен хвощ .“ Дори и с по-слабия си апарат, мърмотерасните мравки генерират около 100 пъти повече мощност с еластичните инструменти, с които разполагат еволюираха, отколкото някога, само чрез директни мускулни действия.
Защо точно тези мравки са развили тази способност, не е ясно, но Лараби смята, че има много общо с техните пъргави цели. „Вие приключвате с тези оръжейни надбягвания между хищници и плячка“, казва той. „Ако сте газела, трябва да бягате бързо, а това означава, че гепардът ще работи още по-бързо. И подозирам, че да имаш плячка, която е в състояние да избяга много бързо “- като пролетните крака -„ е добър натиск за избиране на тези наистина бързи хищници. “
Моро е оптимист, че това изследване ще отвори вратата за по-нататъшни проучвания в по-големия, често удивителен свят на конвергентната еволюция.
„С толкова много мравки и други организми разчитат на усилване на силата, за да улавят плячка“, казва тя и се чуди: „По колко начини тази ефективна стратегия може да се развие в цялото животинско царство? И това проучване прекрасно допълва нашето разбиране на този много интересен въпрос. "