Муравей — размером с ресничку, но оснащен челюстями, действующими наподобие медвежьего капкана, поэтому любая ошибка во время охоты может привести к тому, что его голову разорвет пополам. Однако этого никогда не происходит. И теперь ученые знают, почему.
Муравьи рода одонтомахус (Odontomachus) широко известны своими удивительными мандибулами, которые захлопываются за долю секунды. Благодаря этой анатомической особенности одонтомахусы могут охотиться даже на очень резвую добычу, которой достаточно оказаться в зоне досягаемости.
Тем не менее нанесение таких баллистических ударов сопряжено с риском. Биологи знают, что челюсти муравья представляют собой относительно простые рычаги с пружинным приводом, каждый из которых фиксируется на месте защелкой, предназначенной для освобождения в тот момент, когда добыча окажется рядом. Сила челюстей одонтомахусов настолько велика, что при малейшей ошибке в смыкании муравей рискует пересилить прочность материала, из которого состоят его челюсти, и в буквальном смысле разорвать свою голову пополам.
Однако этого не происходит: хотя муравей Odontomachus brunneus захлопывает свои челюсти со скоростью 196 километров в час, при этом может наносить несколько ударов подряд, его голова остается в полном порядке, и теперь ученые решили выяснить, почему. Для этого они аккуратно закрепили насекомых перед высокоскоростной камерой, снимающей со скоростью 300 тысяч кадров в секунду, чтобы зафиксировать момент захлопывания смертоносных челюстей.
Оказалось, что секрет муравья одонтомахуса — в поразительной точности его движений: челюсти идут на сближение по идеальной дуге, при этом гигантская мышца в голове муравья, составляющая до 14% его общего веса, обеспечивает примерно половину энергии, необходимой для смыкания челюстей. Откуда берется все остальное? Из самой головы: поскольку муравей постоянно передвигается с раскрытыми челюстями, его голова при этом слегка деформируется (всего на несколько микрометров, но это довольно много для существа, длиной не больше сантиметра), что позволяет запасать упругую энергию в самом хитиновом экзоскелете.
Таким образом одонтомахусы сумели идеально сбалансировать противодействующие силы и добиться высочайшей скорости движений без вреда для себя. Возможно, аналогичный механизм используют и другие насекомые, а в ближайшем будущем смогут применять и люди, например в микроробототехнике для повышения многофункциональности, точности и долговечности сверхбыстрых систем.
Исследование опубликовано в журнале Journal of Experimental Biology.
Автор: Анна Новиковская