Az élő szervezetekben található működő eszközök • Yuliya Kondratenko • Tudományos hírek a "Elemekről" • Entomológia, tudomány és technológia

Működő fogaskerekek az élő szervezetekben

Ábra. 1. Issus coleoptratus: nymph (a bal oldalon) és felnőtt rovar (a jobb oldalon). Képek a tárgyalt cikkbőltudomány és en.wikipedia.org. (A felnõtt nõi felnõtt képen egy felnõtt rovar, lásd: www.natur-in-nrw.de)

A kis cicad rovarok nyamjai (lárvái) Issus coleoptratus a végtagok munkájának szinkronizálása, amikor egy felszereléssel ugrik. Ennek az egyszerű mechanizmusnak köszönhetően a rovar hátsó lábai meglepően zökkenőmentesen mozognak – a különbség legfeljebb 30 mikrosodperc (másodperc milliomod).

Hemiptera Cikádiai rovarok Issus coleoptratus nem tudnak repülni, de nagyon jól ugrik. A hátsó végtagok mozgásának szinkronizálása érdekében ezeknek a rovaroknak a nymphjai egy fogaskereket használnak (2. Ábra), melynek következtében a lábak ugráskor szinte egyszerre mozognak, az időeltolódás nem haladja meg a 30 mikronosodpercet. Az ilyen pontosság nem érhető el, ha egy jelet idegimpulzusokkal továbbítanak – kiderül, hogy nem elég gyorsak ehhez.

Ábra. 2. A hátulsó végtagok közötti hajtómű Issus coleoptratus (Trochanter – forgó, fogaskerekek); pásztázó elektronmikroszkóppal készített fénykép. Lent lent: fogaskerekek jellemzői: ρfogaskerék – görbületi sugár, Δθ – távolság (lépés) a fogak között (fokban). Képek a tárgyalt cikkből tudomány

A fogaskerék-vezérelt mechanizmusok részleteit megőrző struktúrákat az élő szervezetekben már korábban találtak, de eddig soha nem bizonyították, hogy ezek a halászeszközök ténylegesen olyanok, mint az ember által gyártott alkatrészek. Azok az esetek, ahol rendszeresen elhelyezett kúposságok hegyes végeik vannak, és amelyeket az állatok védelmére használnak, például tüskék a szúró teknős héja szélén. Heosemys spinosa (3.

Ábra. 3. Tortoise héj Heosemys spinosa. Kép: en.wikipedia.org

Bizonyos rovarokban a rendszeresen elhelyezett kúposságok sorai valamilyen fésűt alkotnak, amelyet a hangelnyelés eszközeként használnak (4. Nyilvánvaló, hogy ezekben az esetekben a rendszeresen elhelyezkedő kúposságok csak az ember által létrehozott mechanizmusok részleteire hasonlítanak, de semmi közük sincs a hajtóműhöz.

Ábra. 4. A krikett testén egyenletesen elosztott fogak Gryllus bimaculatus hangeszközként használják. Fotó: Montealegre-Z és munkatársai, 2009. A plektrummechanizmus: A kísérleti biológiai folyóirat. V. 212. P. 257-269

Fogcsúcsok a hátsó végtagokon Issus coleoptratus az ötvenes évek elején írtak le, de kiderült, hogy nem olyan könnyű megállapítani, hogy mágneses fogaskerekekként működnek: ez nagyon rokkant ugrások filmezését igényelte (5000 képkocka / másodperc). Ezenkívül a kutatók megvizsgálták, hogy a végtagok hogyan hatnak a hátulra rögzített rovarokra, vagyis nem korlátozzák mozgásukat – ez lehetővé tette nagy, jó minőségű, mozgó ízületek képalkotását. A videó egyértelműen azt mutatja, hogy a fogaskerekek ténylegesen mechanikusan rögzítik a végtagokat. Ez a mechanizmus nem igényel semmiféle kontrollt az idegrendszer és a funkciók még halott rovarok.

Ha az egyik végtag mozogni kezd, akkor a sebességváltó átviszi a másik végtag erejét, és mozgását indítja el. A hátsó végtagok bal és jobb izmait külön-külön – egy pár motoros (motoros) neuronok innerválták. Ezek a neuronok szinkronban működnek, ugyanolyan feszültséget adnak a páros izmoknak. Azonban, amint már említettük, a jelátvitel az idegsejtek fölött nem lenne elegendő ahhoz, hogy a lábak mozgásának szinte tökéletes koherenciáját biztosítsák az ugrás elején, amit egy egyszerű fogaskerék-mechanizmus biztosít.

Érdekes, hogy a fogaskerék-vonat a végtagok mozgásának szinkronizálásához csak rovarmatnáknál történik, és felnőtt állatoknál súrlódó fogaskerekek használatosak erre a célra: az erő egyik végtagról a másikra egyszerűen a szomszédos részek súrlódása révén kerül át. Ugyanakkor a felnőtt rovarok jobbra nyúlnak, mint a nimfák – elérik az 5,5 m / s sebességet, míg a nymphokban a sebesség egy ugrásnál körülbelül 3,9 m / s. Azonban a szerzők nem vállalják, hogy azt állítják, hogy a felnőtt rovarok jobbra ugrálnak a fogaskerék elutasítása miatt, mivel számos változás van a nymfasztól a felnőtt színpad felé való átmenet során.

Ugyanakkor világos, hogy a felnőtt rovarok miért nem engedhetik meg maguknak a hajtóműveket: ez egyfajta lehetséges kárt okozhat egy ilyen rendszerben. A lárvák lábán lévő fogaskerekek fogaskerekei jól vannak rögzítve, de ha a fogak legalább egyikének megszakad, az erőátvitel leáll, vagy nagyon gyengén működik, anélkül, hogy biztosítaná a végtagok mozgásának szükséges szinkronját. A rovaros nymph esetében ez nem halálos: a bontást a következő elöntés után lehet javítani.Azonban, miután az utolsó molt telt el, és a rovar elhaladt a felnőtt színpadon, az ilyen javítások lehetetlenné válnak. Ugyanakkor, mivel a felnőtt rovarok nagyobbak, mint a nimfák, súrlódás lehet előnyösebb szinkronizációs mechanizmus, mint a halászeszköz.

Legyen az, hogy tudjuk, hogy tudjuk, hogy egy olyan mechanizmust, amelyet korábban csak az emberi gondolat megvalósításának tekintettek, a természet az evolúció során fejlődött ki sokáig, mielőtt az ember feltalálta volna.

Forrás: Malcolm Burrows, Gregory Sutton. Az interaktív fogaskerekek szinkronizálnak tudomány. 2013. V. 341. P. 1254-1256. Doi: 10.1126 / science.1240284.

Julija Kondratenko


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: