Jeden z najpôsobivejších skokanov v prírode: chvostoskok

Jeden z divov prírodného sveta, aký kedy videlo len málokto: parazitický chvostoskok v pohybe.

Na celom svete je známych asi 9 000 druhov chvostoskokov – malých bezstavovcov podobných blchám. Mnohé žijú v tmavých, vlhkých biotopoch, no možno ich nájsť na všetkých siedmich kontinentoch; Niektorí dokonca migrujú na ľade. Článkonožce otáčajú Zem vyhadzovaním svojich tiel do vzduchu, niekedy až 500-krát za sekundu, ako cirkusoví umelci strieľaní z autonómnych kanónov. Ale veľa šťastia pri pohľade na ich trapézovú show – väčšina chvostoskokov je „malá ako zrnko piesku,“ povedal Victor Ortega Jiménez, výskumník biomechaniky z University of Maine, ktorý organizmy študoval.

Teraz séria spomalených, zväčšených videí týchto vysokých oktánových skokov, ktoré zverejnil Dr. Ortega Jiménez a kolegovia článok Publikované v pondelok v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences, len málo odhaľuje prvok fyzickej kontroly, ktorý je takmer rovnako krásny. Vizuály pomáhajú podrobne vysvetliť, ako skokany skákajú vzduchom a skončia na nohách takmer vždy, keď pristanú.

Dr. Ortega Jiménez povedal, že ovládanie chvostoskokov pochádza najmä z ich najvýraznejšieho a najzáhadnejšieho znaku, coeloforu, trubice vedúcej z ich brucha. Táto trubica jemne interaguje so silami okolo zvieraťa: odpor, povrchové napätie, gravitácia. „Využívajú vodu a vietor,“ povedal doktor Ortega Jimenez.

Springtails nie sú hmyz, aj keď sú už dlho klasifikované ako hmyz, pretože majú šesť nôh, segmentované telá a tykadlá. Vďaka svojim ústam, ktoré sa im stiahli do hlavy, teraz tvoria väčšinu samostatnej taxonomickej triedy: Entognatha.

Taxonomicky sa chvostoskoky nazývajú collembola, čo je označenie, ktoré im dal John Lubbock, anglický polyhistor z konca 19. a začiatku 20. storočia. Slovo pochádza z gréckych slov pre „lepidlo“ a „kolíček“. Lubbock si meno vybral zo svojho správania, keď uvidel Springtaila po tom, čo ho prehodil na chrbát a prehodil kus skla nad jeho brucho. Zvieratá sa dostanú k žralokovi nohami, pričom vytlačia tekutinu z končekov svojich koeloforov a tlačia ju smerom k povrchu. Táto tekutina, Lubbock napísal„Samozrejme, dáva lepšiu priľnavosť.“

Iní vedci neskôr spochybnili toto vysvetlenie funkcie kolofora. V 20. storočí bolo najrozšírenejším funkčným vysvetlením coelofora – jedinej časti tela chvostoskoka, ktorá priťahuje vodu – tzv. spôsob vysávania živín, V 21. storočí boli navrhnuté iné použitia: mohlo by to byť a samočistiace zariadenia alebo spôsob priamy skok pružinový chvost,

Doktor Ortega Jiménez, ktorého výskum sa zameriava na pohyb zvierat, sa začal zaujímať o chvostoskoky, keď ich videl túlať sa pri potoku. Zatiaľ čo sa myslelo, že zvieratá môžu ukazovať iba jedným smerom a potom divoko letieť vzduchomKeď článkonožce skočili z brehu a späť do vody, doktor Ortega Jiménez si všimol, že pristáli presne tam, kde začali. To by si vyžadovalo určitý druh kontroly počas celého skoku.

Na svojej ceste späť do laboratória začal Dr. Ortega Jiménez natáčať letúna jarného chvosta a navrhol malý aerodynamický tunel, aby videl, ako sa zvieratá vyrovnávajú s rôznymi vzdušnými podmienkami. Zistili, že coelophore springtail bol zapojený do všetkých častí skoku.

Počas vzletu, keď chvostoskok vytrhol z vody svoju chvostovú vlnu, coeloforce nabral kvapku vody. Keď sa zvieratá hojdali vzduchom, skrútili svoje telá do tvaru U, čím spomalili svoje otáčanie a nakoniec im umožnili lietať priamo vzduchom ako mini superhrdinovia.

Pri prevrátení hore nohami vo veternom tuneli sa chvostoskoky s kvapkami vody na koeloforoch dokázali prevrátiť za menej ako 20 milisekúnd, rýchlejšie ako ktorékoľvek zviera predtým zaznamenané. Hruď von, chvostíky zostúpili a farba naplnená vodou im poskytla stabilnejší základ a lepkavú priľnavosť k povrchu.

„Zoskočili padákom a pristáli na nohách,“ povedal doktor Ortega Jimenez.

Pomocou matematických modelov vedci zistili, že chvostoskoky s kvapôčkami vody na koeloforoch klesajú oveľa menej ako suché chvostoskoky; Postaviť sa na nohy dokážu za polovičný čas. Výskumník v oblasti biomechaniky Saad Bhamla z Georgia Institute of Technology, ktorý tiež pracoval na výskume, uviedol, že hoci kolofor má aj iné funkcie, jeho úloha pri skákaní počas vzletu, letu a pristávania sa zdá byť dôležitá. „To je podľa mňa tá skvelá vlastnosť,“ povedal.

Dr Bhamla pomohol priviesť robotikov, ktorí navrhli robota založeného na Springtaile, ktorý dokázal pristáť na nohách vo vzduchu a na nohách 75 percent času. Tento typ riadenia je chápaný v robotike, ktorá sa často zameriava na vzlet, povedal. Postaviť stroj, ktorý dokáže nepretržite stáť na nohách, znamená postaviť stroj, ktorý je pripravený rýchlo skočiť. „Pretože ak dokážu ovládať skok, môžu ho robiť znova a znova,“ povedal doktor Bhamla. „A je to oveľa zaujímavejšie.“

Toto, povedal Dr. Ortega Jiménez, môže tiež ponúknuť evolučné vysvetlenie skoku chvostoskokov. Zatiaľ čo v tomto bode existuje veľa špekulácií a „evolúcia týchto skákajúcich zvierat je záhadou“, rýchle zotavenie zo skoku umožňuje pružinovému chvostu lepšie uniknúť predátorom. „Byť pripravený je nevyhnutný na prežitie,“ povedal doktor Ortega Jimenez.

Výskumníkov prekvapilo, že u tak malých zvierat našli toľko kontroly. Ale v malých mierkach je dynamika často opačná a dokonca aj základné vlastnosti sa dajú ľahko prehliadnuť. Trochu vody na žalúdku dokáže všetko zmeniť.

„Z hľadiska formátu dizajnu je to smiešne jednoduché,“ povedal Dr. Bhamla. „Je to ako: Prečo ma to nenapadlo?“