Stellen Sie sich vor, Sie kriechen über den Waldboden und suchen müßig nach einem Stück Pilz, auf dem Sie sich festfressen können, wenn aus dem Nichts eine Ameise mit großen Augen und zwei langen, schlanken, mit Rasierklingen ausgestatteten Mandibeln hinter dem Kopf auftaucht . Sie versuchen, sich in Sicherheit zu bringen, aber die Kiefer der Kreatur sind zu schnell - sie peitschen in einer halben Millisekunde herum und spießen Sie von zwei Seiten gleichzeitig auf, bevor Sie überhaupt irgendwohin gegangen sind. Dies ist ein typisches Erlebnis im traurigen, kurzen Leben eines Springschwanzes, der für die wilden „ Fallenmaulameisen“ der Gattung Myrmoteras zur Beute ihrer Wahl geworden ist .
Fallenmaulameisen haben Fred Larabee, Postdoktorand am Smithsonian National Museum of Natural History und Hauptautor eines heute im Journal of Experimental Biology veröffentlichten Artikels über die Physiologie von Myrmoteras- Exemplaren, seit langem fasziniert. In der Studie wollen Larabee und seine Kohorten zwei unterschiedliche Fragen zu diesen seltenen malaysischen Insekten beantworten: Wie schnell sind ihre tödlichen Kiefer und wie erzeugen sie ihre Kraft?
Myrmoteras - aus dem Griechischen für "monströse Ameise" - sind nur eine Art von Fallenmaulameisen und eine seltene Art. Das Sammeln von vier ganzen Kolonien für die Studie, zwei von jeder von zwei Arten innerhalb der Gattung, erforderte ein umfangreiches Stöbern durch die Bornean Dschungelblattstreu. Was Larabee und andere Myrmekologen (Ameisenbiologen) an der Fallenbackenforschung so fasziniert, ist die beobachtete funktionelle Ähnlichkeit zwischen Arten, die sich völlig unabhängig voneinander entwickelt haben.
„Fallenbacken sind wirklich bemerkenswert“, sagt Larabee, der feststellt, dass sie sich in fünf verschiedenen Ameisengattungen in fünf verschiedenen Formen entwickelt haben. „Sie haben sich innerhalb von Ameisen mehrmals entwickelt. Die Möglichkeit, eine völlig andere Abstammungslinie, einen anderen Ursprung des Verhaltens und der Morphologie zu betrachten, bietet Ihnen die einmalige Gelegenheit, die konvergente Evolution zu untersuchen - im Grunde genommen die wiederholte, parallele Evolution dieses [Fallen-Kiefer-] Systems. “
Als Larabee die Gelegenheit bekam, mit Myrmoteras zu arbeiten - einer Gattung, über die nur wenig bekannt war -, war er überglücklich . Er hatte schon früher mit den häufigeren Fangkiefergattungen Anochetus und Odontomachus gearbeitet, hielt es jedoch für plausibel, dass die Myrmoteras- Ameisen die gleiche Angriffsfähigkeit auf ganz andere anatomische Weise entwickelt hatten, da er die Natur der konvergenten Evolution kannte .
Larabee und seine Co-Autoren erwarteten, dass der Angriff auf den Unterkiefer von Myrmoteras einzigartig sein würde, aber das Ausmaß seiner Unähnlichkeit gegenüber denen anderer Gattungen war überraschend.
Um die Winkelgeschwindigkeit des verkrüppelten Kieferschlags der Ameisen zu messen, setzte das Team auf Hochgeschwindigkeitsfotografie.
„Wir haben eine Kamera verwendet, die mit 50.000 Bildern pro Sekunde filmen konnte, um die Bewegung zu verlangsamen“, sagt er. „Und das war schnell genug, um sie zu verlangsamen, um die Dauer eines Treffers und auch die Spitzengeschwindigkeit zu messen . "
Am schnellsten bewegen sich die Unterkiefer mit einer linearen Geschwindigkeit von 60 Meilen pro Stunde, und die gesamte Bewegung ist innerhalb von etwa 1/700 der Zeit abgeschlossen, die ein Mensch benötigt, um mit den Augen zu blinzeln.
Erstaunlicherweise überraschte Larabee, dass dieses Ergebnis nicht so schnell war. "Im Vergleich zu anderen Fallbackenameisen ist es ziemlich langsam", sagt er mit einem Lachen. In der Tat ist die Zangenbewegung von Odontomachus- Ameisen doppelt so schnell.
Larabee vermutete, dass der Grund für die vergleichsweise Trägheit von Myrmoteras Kieferschlägen mit den anatomischen Strukturen zu tun haben musste, die sie ermöglichten - das Thema des zweiten Teils seiner Forschungen.
Neben der bewährten Methode, Proben unter dem Mikroskop auf Hinweise auf die Funktionsweise ihres Fangkiefersystems zu untersuchen, brachte das Team von Larabee eine moderne Technologie zum Einsatz, die im Bereich der Fangkieferameisenforschung bisher unerprobt war: die Röntgen-Mikro-CT-Scan.
Im Wesentlichen handelt es sich um eine verkleinerte Version des CAT-Scans, den Sie möglicherweise in der Arztpraxis erhalten. Mithilfe der Mikro-CT-Technik können Forscher wie Larabee die inneren Strukturen einer bestimmten Probe besser einschätzen und feststellen, wie sie in drei Gruppen angeordnet sind. dimensionaler Raum.
"In einer digitalen Umgebung", sagt Larabee, "konnte er die Strukturen betrachten und sehen, wie sie sich zueinander verhalten und wo sich Muskeln am Unterkiefer anhaften." Er ist ein großer Befürworter der Mikro-CT-Technologie. Dies liefert wichtige Erkenntnisse, ohne die Probe zu beschädigen. (Angesichts der Tatsache, dass es nicht empfehlenswert ist, archivierte Exemplare zu untersuchen, um sie zu verändern, könnte sich die Mikro-CT als großer Segen für die zukünftigen Museumskollegen von Larabee erweisen.)
Die Evolutionsbiologin und Entomologin Corrie Moreau, Professorin am Chicagoer Field Museum of Natural History, ist begeistert von der technischen Genauigkeit der Myrmoteras- Forschung und ihren möglichen Auswirkungen auf das Gebiet.
"Die wahre Stärke dieser Studie von Larabee, Gronenberg und Suarez ist die Vielfalt der Werkzeuge und Techniken, mit denen die Autoren die Mechanismen dieser Ameisengruppe zur Leistungsverstärkung vollständig verstanden haben."
Was Larabee bei seiner CT-Analyse feststellte, war, dass die Verriegelungs-, Feder- und Auslösemechanismen, die es Myrmoteras ermöglichen, seine Kieferangriffe auszuführen, sich wahrscheinlich signifikant von ihren Entsprechungen bei Kieferameisen anderer Gattungen unterschieden.
Am faszinierendsten ist vielleicht der Verriegelungsmechanismus, der die Backen auseinanderhält, wenn sie nicht eingerastet sind. Vor einem Angriff sind Myrmoteras- Unterkiefer um unglaubliche 270 Grad voneinander getrennt - bei Anochetus und Odontomachus beträgt dieser Winkel nur 180. Die Mikro-CT-Bildgebung gibt Aufschluss darüber, was darauf hindeutet, dass sich zwei Muskeln gegenüberstehen Durch das Ziehen am Unterkiefer bleibt der Unterkiefer offen, da die Muskeln am Unterkiefergelenk befestigt sind. “
Die Myrmoteras- Konfiguration ist bizarr. "Das ist ein Schließsystem, das man bei anderen Fallenmaulameisen nicht sieht", sagt Larabee.
Mithilfe von Röntgen-Mikro-CT-Bildern konnten Larabee und seine Co-Autoren das, was sie in Videos und unter dem Mikroskop beobachtet hatten, mit bestimmten Muskelgruppen in den Köpfen der Ameisen verknüpfen. In diesem Bild steht Blau für den "schnell schließenden Muskel", von dem angenommen wird, dass er den Unterkiefer in Bewegung setzt, und Rot für den "langsam schließenden Muskel", der die Arbeit beendet. (Fredrick Larabee et al.) Diese ungewöhnliche Verriegelungsmethode informiert einen anderen Aspekt der Kieferangriffsvorrichtung: den Auslöser. In den Köpfen anderer Fangkieferameisen ist der Auslösemuskel, der den Unterkiefern ihr anfängliches Drehmoment verleiht, in der Regel klein. Aufgrund der Funktionsweise des Schließsystems in Myrmoteras ist dieser Auslöser jedoch deutlich kräftiger und in den CT-Scans leicht zu erkennen.
Last but not least ist der Federmechanismus vorhanden, mit dem Myrmoteras- Ameisen die potenzielle Energie speichern können, die beim Loslassen zu kinetischer Energie wird. Larabee vermutet, dass eine Hauptquelle dieses Frühlingspotentials ein Lappen am Hinterkopf der Ameisen ist, der sich in der Hochgeschwindigkeitsfotografie bei Angriffen deutlich verformt hat. Zusätzliche Forschung ist erforderlich, aber Larabee sagt, dass "die Deformation des Kopfes so groß ist, dass wir vermuten, dass das zur Energiespeicherung beitragen muss."
All diese verschiedenen Faktoren führen zu einem einzigen Myrmoteras- Schlag, ähnlich den Schlägen anderer weit entfernter Kiefergattungen auf Makroebene, aber auf Mikroebene äußerst eigenwillig. Und während Myrmoteras- Angriffe nicht ganz so groß sind wie die anderer Ameisen, weist Larabee schnell darauf hin, dass sie die Arbeit erledigen.
"Eine halbe Millisekunde ist in Bezug auf die Geschwindigkeit nichts zu niesen", sagt er, "und es ist sehr schnell, einen Springschwanz einzufangen." Auch mit ihrem schwächeren Apparat erzeugen Myrmoteras- Ameisen mit ihren elastischen Werkzeugen etwa 100-mal so viel Kraft entwickelt, als sie jemals durch direkte Muskelwirkung allein könnten.
Warum genau diese Ameisen diese Fähigkeit entwickelten, ist unklar, aber Larabee glaubt, dass dies viel mit ihren wendigen Zielen zu tun hat. "Sie landen mit diesen Wettrüsten zwischen Raubtieren und Beute", sagt er. „Wenn du eine Gazelle bist, musst du schnell rennen, und das bedeutet, dass der Gepard noch schneller rennt. Und ich vermute, dass es ein guter Druck ist, für diese wirklich schnellen Raubtiere Beute zu haben, die sehr schnell entkommen kann.
Moreau ist optimistisch, dass diese Forschung die Tür für weitere Untersuchungen in der größeren, oft erstaunlichen Welt der konvergenten Evolution öffnen wird.
"Bei so vielen Ameisen und anderen Organismen, die sich auf die Verstärkung ihrer Kräfte verlassen, um Beute zu fangen", fragt sie sich, "wie viele Wege kann sich diese wirksame Strategie im gesamten Tierreich entwickeln?" Und diese Studie trägt zu unserem Verständnis dieser sehr interessanten Frage bei. “
