Η μελέτη διαπίστωσε ότι η ευέλικτη κίνηση κάνει κλικ στα σκαθάρια ένα κλικ

Οι ερευνητές του Illinois, Amy Wesa, Marianne Allen και Ophelia Pulmen, μελέτησαν την κίνηση του σκαθαριού και παρείχαν το πρώτο αναλυτικό πλαίσιο για να αποκαλύψουν τη φυσική πίσω από την εξαιρετικά γρήγορη κίνηση μικρών ζώων. Πίστωση: L. Μπράιαν Στόβερ

Οι σκαθάρια με κλικ μπορούν να ωθήσουν τον εαυτό τους πάνω από 20 από τα μήκη του σώματός τους στον αέρα και να το κάνουν χωρίς να χρησιμοποιούν τα πόδια τους. Ενώ η κίνηση άλματος έχει μελετηθεί σε βάθος, οι φυσικοί μηχανισμοί που επιτρέπουν τον ελιγμό ραμφίσματος υπογραφής σκαθάρι δεν έχουν γίνει. Μια νέα μελέτη εξετάζει τις δυνάμεις πίσω από αυτήν την εξαιρετικά γρήγορη απελευθέρωση ενέργειας και παρέχει καθοδήγηση για τη μελέτη της ακραίας κίνησης, της αποθήκευσης ενέργειας και της απελευθέρωσης ενέργειας σε άλλα μικρά ζώα, όπως τα μυρμήγκια παγίδων και οι σιαγόνες γαρίδας.


Η μελέτη είναι διεπιστημονική, με επικεφαλής καθηγητές μηχανολογικών επιστημών και μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στο Urbana-Champaign, Amy Wesa και Alison Dunn, και καθηγήτρια εντομολογίας Marianne Allen, μηχανολογία και μηχανική αποφοιτώ Και ο κύριος συγγραφέας Ophelia Bulmen, που δημοσιεύθηκε στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

Πολλά έντομα χρησιμοποιούν διαφορετικούς μηχανισμούς για να ξεπεράσουν τους περιορισμούς των μυών τους. Ωστόσο, σε αντίθεση με άλλα έντομα, οι σκαθάρια χρησιμοποιούν ένα μοναδικό μεντεσέ εργαλείο στο στήθος τους, ακριβώς πίσω από το κεφάλι, για να πηδήξουν.

Για να προσδιορίσει τον τρόπο λειτουργίας του μεντεσέ, η ομάδα χρησιμοποίησε ακτίνες Χ υψηλής ταχύτητας για να παρατηρήσει και να καθορίσει πώς λειτουργούσε ο σκαθάρι με κλικ. Μέλη του σώματος Μετακινηθείτε πριν, κατά τη διάρκεια και μετά από σούπερ ταχύτητα Απελευθέρωση ενέργειας.

“Ο μηχανισμός μεντεσέ έχει ένα πείρο στη μία πλευρά που παραμένει κλειστό στο χείλος στην άλλη πλευρά του μεντεσέ,” είπε ο Άλεν. “Όταν απελευθερωθεί το μάνδαλο, υπάρχει ένας ακουστικός ήχος κλικ και μια γρήγορη, σταθερή κίνηση που προκαλεί το άλμα του σκαθάρι.”

Βλέποντας αυτήν την εξαιρετικά γρήγορη κίνηση με κάμερα ορατού φωτός βοηθά τους ερευνητές να καταλάβουν τι συμβαίνει έξω από το σκαθάρι. Ωστόσο, δεν αποκαλύπτει πώς η εσωτερική ανατομία ελέγχει τη ροή ενέργειας μεταξύ των μυών, άλλων μαλακών δομών και ενός άκαμπτου εξωσκελετού.

Χρησιμοποιώντας εγγραφές βίντεο ακτίνων Χ και ένα αναλυτικό εργαλείο που ονομάζεται προφίλ συστήματος, καθορίστε την ομάδα και μοντελοποιήστε τις δυνάμεις και τα στάδια της κίνησης των κλικ.

Οι ερευνητές παρατήρησαν μεγάλες, αλλά σχετικά αργές, παραμορφώσεις στο τμήμα μαλακού ιστού της άρθρωσης του σκαθαριού στο προβάδισμα μέχρι την ταχεία, μη στριμμένη κίνηση.

«Όταν η σφήνα στην άρθρωση γλιστρά πάνω από το χείλος, η παραμόρφωση στον μαλακό ιστό απελευθερώνεται πολύ γρήγορα και η σφήνα περιστρέφεται εμπρός και πίσω στην υποδοχή κάτω από το χείλος πριν σταματήσει», δήλωσε η Weissa. “Η ταχεία απελευθέρωση της παραμόρφωσης και των επαναλαμβανόμενων, αλλά μειωμένων ταλαντώσεων, εκθέτει δύο βασικές μηχανικές αρχές που ονομάζονται ελαστική ανάκρουση και απόσβεση.”

Η επιτάχυνση αυτής της κίνησης είναι 300 φορές μεγαλύτερη από τη βαρυτική έλξη της Γης. Οι ερευνητές είπαν ότι πολλή ενέργεια προέρχεται από ένα τόσο μικρό αντικείμενο.

“Είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι ο σκαθάρι μπορεί να επαναλάβει αυτόν τον ελιγμό κλικ χωρίς μεγάλη σωματική ζημιά”, δήλωσε ο Dan. Αυτό μας έκανε να επικεντρωθούμε στην εκμάθηση των σκαθαριών Αποθήκευση ενέργειαςΑπελευθέρωση και σπατάλη. “

«Ανακαλύψαμε ότι το έντομο χρησιμοποιεί ένα φαινόμενο που ονομάζεται συστροφή – μια θεμελιώδης αρχή της μηχανικής μηχανικής – για την απελευθέρωση της ελαστικότητας ενέργεια Είναι η ίδια αρχή που βρίσκετε στο άλμα στα παιχνίδια popper, είπε ο Bulmin.

«Ήμασταν έκπληκτοι που οι σκαθάρια χρησιμοποιούν αυτές τις βασικές αρχές μηχανικής», είπε η Wesa. «Αν ένας μηχανικός ήθελε να φτιάξει μια συσκευή που πηδά σαν σκαθάρι, θα το σχεδίαζαν με τον ίδιο τρόπο όπως έκανε η φύση». “Αυτό το έργο αποδεικνύεται ότι είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα για το πώς η μηχανική μαθαίνει από τη φύση και πώς η φύση απεικονίζει τις αρχές της φυσικής και της μηχανικής.”

“Αυτά τα αποτελέσματα είναι συναρπαστικά από την άποψη της μηχανικής και για τους βιολόγους, αυτό το έργο μας δίνει μια νέα προοπτική για το πώς και γιατί οι σκαθάρια clicker εξελίχθηκαν με αυτόν τον τρόπο”, δήλωσε ο Allen. “Αυτό το είδος διορατικότητας δεν θα μπορούσε ποτέ να εμφανιστεί, αν δεν υπήρχε αυτή η διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ μηχανικής και βιολογίας. Ανοίγει μια νέα πόρτα και στους δύο τομείς.”


Οι ερευνητές έδειξαν για πρώτη φορά τη λεπτομερή μορφολογία του μηχανισμού κλειδώματος των σκαθαριών


περισσότερες πληροφορίες:
Ophelia Bolmin el κ.ά. “Η μη γραμμική ευελιξία και η απόσβεση ελέγχουν την εξαιρετικά γρήγορη δυναμική των σκαθαριών clicker” PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2014569118

το απόσπασμα: Κλείδωμα, φόρτωση και απελευθέρωση: Η ευέλικτη κίνηση κάνει κλικ σκαθάρι, ευρήματα μελέτης (2021, 18 Ιανουαρίου) Ανακτήθηκε στις 18 Ιανουαρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-01-latch-elastic-motion-click-beetles .γλώσσα προγραμματισμού

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη μεταχείριση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  ால் Το Fireball ταξιδεύει πέρα ​​από τους ουρανούς της κεντρικής Ισπανίας με ταχύτητα 72.000 χιλιομέτρων ανά ώρα

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *