家デザインアリの顎。科学者たちはアリの顎の働きに関する新しいメカニズムを発見した

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アリの顎。科学者たちはアリの顎の働きに関する新しいメカニズムを発見した

捕食者と被食者の関係において、動物の進化上の主な利点が速度であるとすれば、昆虫ではすべてが少し異なります。したがって、アリにつかまれた場合、被害者となる可能性のある人はほとんど自分自身を解放する機会がありません。それはすべて、下顎、または下顎に関するものです - それがこれらの昆虫の強力な顎と呼ばれるものです。

ミルモテラスアリは独自の下顎機構を発達させました。
写真：スティーブ・シャタック

研究者たちはその動作メカニズムを長年観察してきましたアリの顎（さらに、それらに関連する驚くべき発見もします）。罠の顎を持つアリのさまざまなグループが、いわゆるラッチとスプリングを備えた複雑な掴みシステムを独自に開発したことは以前に確立されていました。

しかし、結局のところ、科学者たちはまだすべてを知っているわけではありません。スミソニアン国立自然史博物館の研究チームは、ギリシアアリの下顎を初めて詳細に観察した。 ミルモテラス。これらの昆虫は野生では非常にまれであり、実験室の条件彼らは事実上生き残ることができません。

それにもかかわらず、研究者たちはしばらくの間、これらのアリのいくつかのコロニーを観察することができ、その結果、驚くべき発見: 下顎 ミルモテラス彼らは他のすべてのアリとはまったく異なる働きをします。

「これはとても興味深い例研究グループの責任者、フレドリック・ララビー氏は「収斂進化だ」と語る。「このグループは、その親戚から完全に独立して独自のメカニズムを進化させたと研究しました。」

アリ ミルモテラス熱帯地方に住んでいます東南アジアそして、主にトビムシ（危険な場合にはノミのように飛び跳ねてすぐに隠れることができる小さな節足動物）を食べます。アリは狩りをするとき、顎を開いたままにし（約 280 度の角度で）、弾性エネルギーを節約します。ジョーの開閉には文字通り一瞬かかります。

この「1秒の何分の1」がどのくらい続くかを正確に理解するために、生物学者はまず顕微鏡で昆虫を研究し、次にマイクロコンピュータ断層撮影法、1秒あたり最大5万フレームをキャプチャする高速カメラなど、いくつかの観察方法を組み合わせました。 X 線を使用してオブジェクトの内部構造を表示する 3 次元視覚化システム。その結果、以下に示す下顎の動きのモデルが完成しました。

計算によると、アリの下顎の 1 回の動きにはわずか約 0.5 ミリ秒しかかかりません。これはまばたきの700倍の速さです。最大速度顎の動き ミルモテラス時速80キロでした。これはアリの記録ではなく、2 倍の速度を持つ個体もいます。

しかし研究者らによると、ギリシンは昼食を食べるのに超高速は必要ないという。「獲物よりも速ければいいのです。トビムシの場合、彼らはかなり速いのです」とララビー氏は説明する。

彼によれば、最も興味深いのは下顎の動きの速さではなく、その機構そのものだったという。研究者らはスキャン結果を調べて、アリの下顎の関節の構造という1つの特徴を発見した。 ミルモテラス他とは大きく異なります。頭の後ろに小さな「ブレード」があり、スナップグリップの前に圧縮され、位置エネルギーのバネのように機能します。次に、「トリガー」筋肉が顎を解放し、これによりすべてのエネルギーが解放されます。

下顎を制御する筋肉は、青、赤、白で強調表示されます (紫でマークされています)。

「筋肉の配置と顎の機能が、これまで研究されてきた他の侵入アリとはまったく異なるのは興味深いことです。これは、このシステムの完全に独自の進化であると思われます」とララビー氏は結論づけた。

彼のチームは、これらのメカニズムをさらに研究する予定です。特に著者らは、どのようにしてさまざまなシステム犠牲者を捕まえる速度と効率と相関関係があります。

もっと詳細な説明珍しいアリとその下顎がJournal of Experimental Biologyに掲載されました。

生物学では、大きい、小さい、賢いなどの最高の評価も行います...最近、アリがこれらの「チャート」の1つに侵入し、絶対的な記録を打ち立て、動物界のすべての代表者を永久に置き去りにしました。ここでようやく、「体の一部の速度」という少し珍しい候補を導入する必要がありました。

カリフォルニア科学アカデミーの昆虫学者ブライアン・L・フィッシャーによる新しい研究によると、最も速い動きをすることができる生き物はヒョウや舌をつかむカメレオンではなく、ラテンアメリカのアリだという。

しかし、ただのアリではありません。研究者がその種について語る オドントマクス・バウリ。この種の顎は異常な速度で動きます。通常の寸法に換算すると、時速 230 キロメートルに達します。そして科学者によれば、これは他の捕食者の能力を超えています。

「なぜこれほどのスピードが必要なのでしょうか？」というような質問をする人はいないでしょう。その理由は明らかです。すぐに食べたり、掴んだりするためです。しかし、それだけでなく、すぐに動いて脅威から逃れることも判明しました。

フィッシャーは 2004 年にアリの驚異的な能力に初めて遭遇しました。そこで彼は、顎が「瞬時に」動くという珍しい特徴を持つこれらの昆虫を7種集めた。フィッシャー氏は同僚とともに、毎秒 5 万フレームの頻度で撮影するカメラを使用して昆虫の動きをビデオ記録し、昆虫の行動の研究を開始しました。

...間に合いません（写真はmyrmecos.netサイトより）。

このようなアリの咬傷時間がわずか 0.13 ミリ秒であることが判明したときのフィッシャーの驚きを想像してみてください。これがどのように起こるかを見てください (MOV ファイル、207 キロバイト。再生速度が 1667 倍遅くなることに注意してください)。比較のために、人間のまばたきは 2,000 (!) 倍遅くなります...

顎の構造 オドントマクス・バウリ罠に例えることができます。攻撃したり逃げる前に、アリはそれらを 180 度開き、一対の強力な反作用筋肉のおかげでこの位置に保持します。で正しい瞬間一部の筋肉が弛緩し、緊張した筋肉によって顎が即座に「カチッ」と鳴ります。

このような高速な自然の発明は、多機能デバイス、即座に犠牲者を捕まえたり、敵を殺したりするだけでなく。これらの「突然の動き」は、筋肉が非常に強力に収縮するために発生し、そのエネルギーはかなりの距離を投げる（または投げる）のに十分です。

地図上の赤い点は主要な居住地域を示しています オドントマクス・バウリ(イラストはantweb.orgより)。

こうやって運ばれるのは珍しい方法で、アリは表面から鋭く押し出して危険から遠ざかるだけで済みます。アリがどのようにさらに遠くへ飛ぶかは、アリの「意図」によって決まります。長さは最大 39.6 センチメートル、高さは最大 8.3 センチメートルです。私たちの世界でよく知られているスケールで考えると、これは人が 13.5 メートル上空、40 メートル先までジャンプした場合と同じになります。

これら 2 つの方向は、実際にはアリの 2 つの防御戦略を表しています。最初のケースでは、アリは顎を鋭く閉じて、脅威となる物体に突き当たり、同時にそれから遠ざけます（ビデオ、MOV、2.13メガバイトを参照、100倍に減速しました）。

このようにしてアリはガラス板から遠ざかっていきます。アリが顎で皿を叩く 2 番目のフレームに注意を払わないと、アリが単に「離陸」してどこかへ飛んでいるような印象を受けるかもしれません (写真提供: S. N. Patek、J. E. Baio、B. L. Fisher) 、A.V.スアレス）。

飛び上がるには オドントマクス・バウリ地面から押し出すだけで同じ動作をし、約 0.27 秒間上昇します (ビデオをご覧ください。MOV、1.28 メガバイト。100 倍の速度で減速しています)。お腹を空かせたトカゲから身を守るにはこれで十分です。

このような驚くべき能力に加えて、これらの昆虫はさらによく知られた他のアリのスキルも持っています。もちろん集団行動もあります。

もちろん、これらの昆虫が集団攻撃の際にどれほど危険であるかは簡単に推測できます。

実験は透明な壁のある狭い部屋で行われます。「ジャンプ力」について オドントマクス・バウリ自分で判断してください（写真提供：S.N.パテック、J.E.バイオ、B.L.フィッシャー、A.V.スアレス）。

しかし、アリは攻撃のためだけでなく、単に捕食者を怖がらせるためにその能力を使用することもよくあります。奇妙なことに、これは同じジャンプの助けを借りて行われます。アリのグループ全体がジャンプして逃げたら、それは確かに衝撃的に見えるはずです。フィッシャーはこの行動を「ポップコーン効果」と呼びました（ただし、「速い」アリはおそらくポップコーンほど食べられません）

アリは孤独を認識せず、集団で生活する昆虫です。蟻塚は地下住居、どれたくさんのカメラそれらは通路によって互いに接続されています。子孫を育てるために巣の上にアリの山を作ります。彼らはまた、腐った木や切り株に定住し、快適な生活のために景観を整えます。

アリに関するビデオ:

アリの生活: コロニーのメンバーの説明

アリの家の住人は 4 つのグループに分けられます。 それらは次のように分類されます。

あらゆる蟻塚の創設者である女性（女王）。彼らの主な機能は産卵です。でアリのコロニーメスの女王は一匹だけで、女王アリは熱心に女王を守り、餌を与え、世話をします。
交尾後しばらくして死亡するオス。彼らの機能は子孫を残すことです。
働きアリ（採集者）は、家族全員の世話をし、食べ物を届け、敵の攻撃から家を守る義務があります。
幼虫 - 将来の子孫。

アリに関する興味深い事実:

口腔装置

アリにはかじる口器があります。 内容は以下のとおりです。

上唇（関節唇）。
下唇 (唇);
下顎（顎）。

上顎 (下顎) と下顎 (上顎) の種類はアリの種類によって異なります。

参照：口を閉じていても顎は独立して動作します。下唇には口蓋垂があり、味覚器官として機能し、昆虫が体を浄化するために使用されます。

大なり小なり;
鈍い、または非常に鋭い。
歯があるかどうか。
インターロッキングまたはブリッジ。

アリは何を食べますか?

アリは雑食性の昆虫です。彼らの食べ物の好みは、その種と生息地によって決まります。暖かい季節には、毎日採集者によって食料が供給されます。寒さが始まると、すべてが変わります。アリ科のほとんどの種は冬眠しないので、秋の期間食料を限界まで買いだめする。これにより、寒い時期を簡単に乗り切ることができます。

参照：昆虫は、途中で遭遇するほとんどすべてのものを蟻塚に引きずり込みます。

アリの種類別の餌

蟻塚では、食料が住民に分配されます。 食料品の配布は以下の通りです。

幼虫は、小さな昆虫の死骸、さまざまな害虫の卵などのタンパク質の餌を受け取ります。

参照：イエアリ（ファラオアリ）の幼虫は、飼い主のテーブルから食べ物（肉、卵、カッテージチーズ、チーズ）を得ることが多く、成長する子孫はためらうことなくプロイセンゴキブリを食べます。

働きアリは体力を維持するために、エネルギーが豊富で消化の良い炭水化物食品を食べる必要があります。彼らは果物やベリーの果肉、種子、ナッツ、根、植物の汁を食べます。人の家に住んでいると、砂糖や蜂蜜を大食いします。アリのデザートには甘露（突然の変化が起こったときに分泌する植物の樹液）が含まれます。温度体制）と甘露（アブラムシの砂糖乳）。
子宮の食事の基本はタンパク質です。食べ物は咀嚼された形で彼女に届けられます。

参照：森林アリの食事は、ほぼ 60% が甘露と露で構成されています。彼らは乳牛を注意深く守り、繁殖させ、冬の間蟻塚に連れて行きます。

冬にはどれくらいの頻度で何を食べますか?

アリは非常に動きやすく機敏な昆虫です。彼らは社会生活を送ることができるので、脳のようなものを持っています。彼らは一日に数回食事をします。働きアリは食べ物を探して家に届け、それを食べることもあります。アリ塚にいる人たちは集めた食料を食べます。

参照：これらの昆虫は食物がなくても長期間生存できます。冬時間ただし、低体温の場合に限ります。

ロシア北部に生息するアリは、餌を与えられずにほぼ9か月間仮死状態にある。ほとんどの種は該当しません冬期間冬眠状態に入り活動を続けます。彼らは事前に収集された物資を食べます。

狭い食品専門分野の例

これらの昆虫の一部の種は真のグルメであり、さまざまな食事の代わりにお気に入りの料理を好みます。

葉刈り機は木の葉を保管し、事前に噛み砕いてパルプにします。その中で菌類は非常に早く発育し、ハキリキリはそれを食べます。彼らの胃は粗い繊維に対して十分に繊細であるため、葉を飲み込むことはありません。
セントロミルメクスは他の食物を摂取せずにシロアリだけを食べます。
ポネリン亜科はそれぞれ、お気に入りの害虫を餌とします。
ドラキュラは自分の幼虫のジュースを飲みますが、幼虫はそのような行動にまったく悩まされません。成虫は大きなクモ、ムカデ、その他の昆虫を捕まえて保管します。彼らは成長する子孫の食事を構成します。
ウッドワームは炭水化物源である樹脂を好みます。樹皮が損傷した木から放出されます。
刈り取り人は乾燥した植物の種子を好みます。完全に消化されるように、強い顎の助けを借りて果肉まで粉砕します。

幼虫は何を食べるのでしょうか？

幼虫は次の 2 つのタイプに分類されます。

食べ物を食べることができる。
餌が必要な方。

最初の種は昆虫の死骸やその他のタンパク質食品を食べます。 2 番目の種は、成人の食道からの半消化された食物を食べます。

アリは特別な生き物です。森林に多大な恩恵をもたらす精力的な労働者。土壌を緩め、害虫を駆除します。彼らは苗木、葉、熟した根作物を食べるため、庭師や野菜の栽培者に深刻な被害を与える可能性があります。個人的な陰謀、家庭内の食料品も同様です。

ミルモテラスアリ

エイドリアン・スミス/YouTube

アメリカの科学者は、ミルモテラス属のアリの顎の動作メカニズムを研究しました。これを行うために、彼らは下顎を使って食物を捕獲している間に 2 つのミルモセラスコロニーの代表者をビデオ撮影し、その内部と内部を研究しました。外部構造。科学者らは、ミルモテラが0.62ミリ秒で顎を閉じることができ、衝撃力を増大させるメカニズムがこの種の中でユニークであることを発見した。雑誌に掲載された記事 実験生物学ジャーナル.

スピードは動物界で生き残るための基本的な側面の 1 つであり、食料を入手することと敵から逃げることの両方に役立ちます。速度はほとんどの場合、手足の筋力によって制限されますが、一部の動物では、進化の過程で、強度を高めるための特別なメカニズムが発達しました。たとえば、パワーアップメカニズムにより、カマキリガニは非常に強力な脚を持つことができ、素早く移動して敵を効果的に攻撃するのに役立ちます。一部のアリの種は、このようなメカニズムを利用して外側の大顎（下顎）の強度を高め、獲物を捕らえたり、敵から隠れたりできるようにします。 4人の中で有名な属このような仕組みを持つアリの中で、最も研究が進んでいない属は、Myrmotheras 属 (lat. ミルモテラス）東南アジアに住んでいます。

著者新しい仕事ミルマザーアリの下顎の強化に関与する動きの速度と筋肉のメカニズムを研究しました。撮影中の下顎の動きは、毎秒5万フレームの高速ビデオカメラで撮影され、コンピュータマイクロトモグラフィー（X線マイクロトモグラフィー）と下顎の補強機構の内部および外部構造が研究されました。実体顕微鏡死後.

下顎の動きの速度を分析したところ、穏やかな状態ミルモテラは顎を 280 度開いたままにし、獲物を捕らえるときは平均 0.62 ミリ秒で顎を閉じます。下顎の力と質量の比は 21 kW/kg です。これらの数値は、「強化された」下顎を持つ別の属のアリ (オドントマクス) の数値に比べてほぼ 2 分の 1 です。しかし、科学者によると、そのような強さと速度はミルマザーラが効果的に狩りをするのに十分であり、速度と強さ自体は次の方法で説明されます。彼らの下顎がオドントマコスのものよりも長くて薄いという事実。

内部および外部形態閉じた状態と開いた状態の下顎は、増幅機構の構造とその動作を明らかにするのに役立ちました。したがって、アリの下顎は、アポデム（キチン質の覆い）の助けを借りて頭の筋肉構造に取り付けられています。下顎の動きには、開くグループと閉じるグループの 2 つのグループがあります。閉鎖筋群はアリの頭の総体積の 4 分の 1 を占め、頻繁に収縮する筋肉組織からなる「速」閉鎖筋と、収縮する筋肉組織からなる「遅」筋組織の 2 つの部分に分かれています。よりゆっくりと収縮します。

ミルマザーアリの頭の構造。赤は「遅い」閉筋、青は「速い」筋、白は開筋、金はアポデムです。紫は下顎を示します

ララビーら。 / 実験生物学ジャーナル 2017

科学者らは、アリの後頭部にあるバネ機構が増幅機構を担っていることを発見した。遅筋組織はバネ機構を「充電」し、速筋組織はバネ機構を起動します。下顎を強化するためのこのような複雑なメカニズムはユニークです。同様の種のアリの他の代表的なものは、主に非バネ機構を備えており、閉じる筋肉と開く筋肉という2つの別々の筋肉のみで構成されています。

他のアリ、オドントマクスが私たちのアリの敵から逃げるためにどのように下顎を使うかについて読むことができます。

エリザベタ・イヴトゥショク

蟻塚の住民は次のように分けられます。 4つのグループ:

女性（女王）- アリの家の創設者、彼らの役割は卵を産むことです。コロニーにはメスの女王が 1 匹だけおり、アリはそれを注意深く保護し、餌を与え、育てます。
男性。彼らは交尾後しばらくして死にます（彼らの主な機能）。
働きアリ（採集者）。彼らの責任には、家族全員の世話、食料の配達、敵の攻撃から蟻塚を守ることが含まれます。
幼虫。将来の子孫。幼虫は自力で餌を食べるタイプと、餌を必要とするタイプの2種類に分けられます。後者の種が優勢であり、成虫のアリはそのような幼虫に自分の食道からの半消化された食物を与えます。

この大家族全員が必要とするのは、大量の食べ物。アリは何を食べますか?

口腔装置

口腔装置これらの昆虫の中で 「かじる」口の中には以下のものが含まれています。

上唇 (関節唇);
底を台無しにする (唇);
下顎 (顎).

種によっては、上顎 (下顎)そしてそれより低い (上顎骨) は次のとおりです。大小、鈍くて非常に鋭く、ギザギザでありながらただ滑らかで、閉じたり重なり合ったりします。下顎は口を閉じていても独立して機能する能力を持っています。

アンダーリップ 味覚を感じる器官である舌があり、アリが体をきれいにするためにも使用されます。

食べ物

アリ - 雑食性の昆虫。彼らの食事は種と生息地によって異なります。

暖かい季節には、毎日働きアリによって食料の供給が行われます。寒い季節には、すべてが異なります。アリ科の多くの種は冬眠しないため、秋には家を食べ物でいっぱいにし、寒い季節を静かに生き残ることができます。

参照！アリは邪魔になるものをすべて家の中に引きずり込むのが大好きです。そしてそのとき初めて、食べ物は蟻塚の住民に分配されます。みんなの好みに合わせて。

配布は次のようになります。

幼虫。彼らはタンパク質食品、つまり小さな昆虫の死骸やさまざまな害虫の卵を食べます。私たちが家禽（ファラオ）アリについて話している場合、幼虫は家の所有者のテーブルから食べ物（肉、卵、カッテージチーズ、チーズ）を受け取ることが多く、時にはアリの獲物は家禽のゴキブリになります。世代も喜んで食べる。
働きアリ。体力を維持するには、栄養価が高く、エネルギーが豊富で、消化しやすい炭水化物食品が必要です。これらは、果物やベリーの果肉、種子、ナッツ、根、植物の汁です。家に定住した後、彼らは砂糖と蜂蜜を喜んで食べます。アリの好物は甘露（急激な温度変化時にアリが分泌する植物の汁）と甘露（アブラムシの砂糖乳）です。
子宮。彼女の食事の基本はプロテインです。多くの種では、女王アリに与えられる食物が働きアリによって咀嚼され、消費しやすい形で女王アリに供給されます。

参照！赤毛向け森のアリ甘露と露が総食事量のほぼ 60% を占めます。

彼らはアブラムシ（乳牛）を注意深く守り、木の若芽で繁殖させ、冬の間蟻塚に連れて行きます。

食べるアリ頻繁、一日に何度も。

アリの種類別の餌

グルメアリの中には、さまざまな食事よりも 1 ～ 2 種類の一定の食品を好む種がいます。

ハキリアリ。この種の昆虫は家の中で木の葉を集め、慎重に噛み砕いてお粥にし、特別な部屋に入れます。温かい葉っぱの塊で届きます速い開発葉刈り機が食べるキノコ。葉身自体は繊細な胃には粗すぎるため、食べるのには適していません。
セントロミルメクス。彼らはもっぱらシロアリを餌とします。
ドラキュラ。これらのアリは自分の幼虫の汁を吸いますが、幼虫はそれほど苦しみません。成虫が捕獲活動を行っている大きな昆虫：クモ、ムカデ、ただし自分では食べず、若い世代に餌を与えます。
収穫アリ。彼らは乾燥した植物の種子を食べます。この食物はあまり消化されないので、昆虫は強い顎でそれを粉砕して果肉にします。
オオアリ。この種の炭水化物源は木の樹脂であり、樹皮が損傷した場所から放出されます。
ポネリン。これはサブファミリー全体です。それぞれの種は特定の害虫を餌とします。彼らは正しく森林秩序と呼ばれています。