Funkcionalna orodja, ki jih najdemo v živih organizmih • Yuliya Kondratenko • Novice o "Elementih" • Entomologija, znanost in tehnologija

Delujoče orodje, ki se nahaja v živih organizmih

Sl. 1. Issus coleoptratus: nimfa (na levi strani) in odraslih insektov (na desni). Fotografije iz članka v razpraviZnanost in od en.wikipedia.org. (Na povečani sliki nimfe nad, odrasli žuželki spodaj. Fotografija z www.natur-in-nrw.de)

Nimfe (ličinke) majhnih žuželk Issus coleoptratus sinhronizirati delo okončin pri skakanju s pomočjo orodja. Zahvaljujoč temu preprostemu mehanizmu se zadnje noge žuželk začno premikajo presenetljivo gladko – z razliko ne več kot 30 mikrosekund (milijonih sekund).

Hemiptera Cycadian insects Issus coleoptratus ne morejo leteti, vendar zelo dobro skočijo. Za sinhronizacijo gibov zadnjega udarja nimfa teh žuželk uporablja zobniško gonilo (slika 2), zaradi česar se noge začnejo premikati skoraj istočasno pri skakanju, časovna razlika pa ne presega 30 mikrosekund. Takšne natančnosti ni bilo mogoče doseči z oddajanjem signala z uporabo živčnih impulzov – se izkaže, da za to niso dovolj hitro.

Sl. 2 Prenos med zadnjimi okončinami Issus coleoptratus (Trochanter – vrtenje, Zobniki – prestave); fotografija, posneta s skeniranjem elektronskega mikroskopa. Spodaj spodaj: značilnosti orodja: ρorodje – polmer ukrivljenosti, Δθ – razdalja (korak) med zobmi (v stopinjah). Fotografije iz članka v razpravi Znanost

Strukture, ki spominjajo na podrobnosti o mehanizmih, ki jih poganjajo, so odkrili v živih organizmih, vendar doslej še ni bilo dokazano, da ti orodji dejansko delujejo kot deli, izdelani iz človeka. Primeri, pri katerih so redno razmaknjeni izrastki označeni konci in se uporabljajo za zaščito živali, kot so trni na robu cebelne koruze, so pogosti. Heosemys spinosa (Slika 3).

Sl. 3 Okrog lupine Heosemys spinosa. Slika iz en.wikipedia.org

V nekaterih žuželkah vrstice redno razporejenih izrastkov tvorijo nekaj podobnega kot glavnik, ki se uporablja kot instrument za pridobivanje zvoka (slika 4). Jasno je, da v teh primerih redno najdene rastline le spominjajo na podrobnosti mehanizmov, ki jih ustvarja človek, vendar nimajo nič opraviti z orodjem.

Sl. 4 Enako razmaknjene zobe na telo kriketa Gryllus bimaculatus uporablja kot orodje za zvok. Fotografija iz članka Montealegre-Z et al., 2009. Pektrumski mehanizem: Časopis eksperimentalne biologije. V. 212. Str. 257-269

Zobje na zadnjem delu Issus coleoptratus so opisani že v petdesetih letih, vendar se je izkazalo, da ni tako enostavno ugotoviti, da delujejo kot mrežasta orodja: to je zahtevalo snemanje žuželk z zelo visoko časovno ločljivostjo (5000 sličic na sekundo). Poleg tega so raziskovalci preučevali, kako udejstvene funkcije v žuželkah so pritrjene na hrbtu, kar pomeni, da niso omejene v gibanju – to je omogočilo pridobivanje velikih, visokokakovostnih slik gibljivih sklepov. Videoposnetek jasno kaže, da orodja dejansko zagotavljajo mehanski oprijem okončin. Ta mehanizem ne zahteva nadzora nad živčnim sistemom in funkcijami tudi v mrtvih insektih.

Ko se en udek začne premikati, je njegova prestava prenese moč na drugi del in povzroči njeno gibanje. Levo in desno mišico zadnih udov sta innervirani vsak posebej – par motoričnih (motornih) nevronov. Ti nevroni delujejo sinhrono in zagotavljajo enako silo napetosti uparjenih mišic. Vendar pa, kot smo že omenili, prenos signala nad nevroni ne bi zadostoval za zagotovitev skoraj popolne skladnosti gibanja nog na začetku skakanja, ki ga zagotavlja enostaven zobni mehanizem.

Zanimivo je, da se zobniško gonilo sinhronizira gibanje udov samo v nimfah insektov, pri odraslih pa se v ta namen uporablja torno orodje: sila se prenaša iz enega kraka v drugega samo s trenjem med sosednjimi deli. Hkrati odrasle žuželke skočijo bolje kot nimfe – dosežejo hitrost 5,5 m / s, medtem ko je v nimfah hitrosti v skoku približno 3,9 m / s. Vendar pa avtorji ne poskušajo trditi, da odrasli žuželke bolje skočijo zaradi zavrnitve vlečne sile, ker obstaja veliko različnih sprememb pri prehodu iz nymph stopnje v odraslo fazo.

Hkrati je jasno, zakaj odrasli žuželki ne morejo privoščiti prenosa orodja: vse to je mogoče morebitno škodo takšnemu sistemu. Zobniki orodij na nogah ličink so dobro pritrjeni, vendar če se vsaj eden izmed zob razbije, bo prenos prenehal delovati ali bo deloval zelo slabo, ne da bi zagotovil potrebno sinhronijo gibanja okončin. Za nymf insektov to ni smrtno: razčlenitev je mogoče popraviti po naslednjem odlaganju.Vendar pa po tem, ko je zadnja molter prešla in je žuželka prešla v odraslo fazo, bo takšno popravilo postalo nemogoče. Hkrati, ker so odrasli žuželke večji od nimf, je lahko trenje za njih bolj ugoden sinhronizacijski mehanizem kot orodje.

Zdaj vemo, da je bil mehanizem, ki se je prej obravnaval izključno kot dosežek človeške misli, razvil po naravi v evoluciji že dolgo, preden ga je človek izmislil.

Vir: Malcolm Burrows, Gregory Sutton. Sinhroniziranje interaktivnih orodij Znanost. 2013. V. 341. P. 1254-1256. Doi: 10,1126 / science.1240284.

Julija Kondratenko


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

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