Учёные открыли новый механизм работы муравьиных челюстей

Если в отношениях "хищник-жертва" главным эволюционным преимуществом животного является скорость, то у насекомых всё немного иначе. Так, немногие потенциальные жертвы имеют шанс освободиться, если их схватил муравей. Всё дело в жвалах, или мандибулах – так называются мощные челюсти этих насекомых.

Муравьи Myrmoteras развили свой собственный механизм работы мандибул.
Фото Steve Shattuck.

Исследователи давно наблюдают за механизмом работы муравьиных челюстей (и даже делают удивительные открытия, связанные с ними). Ранее было установлено, что различные группы муравьёв с челюстями-"ловушками" независимо друг от друга развили сложные системы захвата, имеющие так называемые защёлки и пружины.

Но, как оказалось, учёным известно ещё далеко не всё. Команда из Национального музея естествознания при Смитсоновском университете впервые подробно изучила мандибулы муравьёв-формицинов из рода Myrmoteras. Эти насекомые встречаются довольно редко в дикой природе, а в лабораторных условиях они практически не способны выжить.

Тем не менее исследователи смогли некоторое время понаблюдать за несколькими колониями этих муравьёв, и в результате сделали удивительное открытие: мандибулы Myrmoteras работают совсем не так, как у всех остальных муравьёв.

"Это очень интересный пример конвергентной эволюции, – рассказывает глава исследовательской группы Фредрик Лараби (Fredrick Larabee). – Изученная группа развила свой собственный механизм совершенно независимо от своих родственников".

Муравьи Myrmoteras обитают в тропиках Юго-Восточной Азии и питаются в основном ногохвостками – крошечными членистоногими, которые в случае опасности могут очень быстро скрыться, прыгая, как блохи. Во время охоты муравьи держат свои челюсти открытыми (угол составляет примерно 280 градусов), что помогает сохранять упругую энергию. Разжимание и сжатие челюстей занимает буквально доли секунды.

Чтобы понять, сколько конкретно длятся эти самые "доли секунды", биологи сначала изучили насекомых под микроскопом, а затем совместили несколько методов наблюдений – микрокомпьютерную томографию, высокоскоростную камеру, захватывающую до 50 тысяч кадров в секунду, а также систему трёхмерной визуализации, которая использует рентгеновские снимки для отображения внутренних структур объекта. В итоге получилась модель движения мандибул, представленная ниже.

Согласно расчётам, одно движение мандибулы муравья занимает всего около половины миллисекунды. Это в 700 раз быстрее, чем мы моргаем. Максимальная скорость движения челюстей Myrmoteras составила 80 километров в час. Это не тянет на рекорд среди муравьёв: у некоторых особей скорость выше в два раза.

Однако, по мнению исследователей, формицинам не нужна сверхскорость, чтобы поймать себе обед. "Им просто нужно быть быстрее своих жертв; для ногохвосток они достаточно быстрые", — поясняет Лараби.

По его словам, самым интересным оказалась не скорость движения мандибул, а сам механизм. Изучая результаты сканирования, исследователи обнаружили одну особенность: строение сустава нижней челюсти муравьёв Myrmoteras существенно отличается от других. В задней части головы у них есть небольшая "лопасть", которая перед щелчком-захватом сжимается, действуя как пружина с потенциальной энергией. Затем "спусковой" мускул освобождает челюсть и вместе с этим высвобождается вся энергия.

Синим, красным и белым цветом выделены мышцы, которые управляют нижней челюстью (она отмечена фиолетовым).

"Любопытно, что расположение мышц и работа челюстей полностью отличны от других муравьёв-захватчиков, которые были изучены. Похоже, перед нами совершенно уникальная эволюция этой системы", — заключает Лараби.

Его команда планирует продолжить изучение этих механизмов. В частности, авторов интересует, как различные системы коррелируют со скоростью и эффективностью захвата жертв.

Более подробное описание необычных муравьёв и их мандибул опубликовано в издании Journal of Experimental Biology.