Tietojemme mukaan mekaaniset vaihteet - tasaisen kokoiset hampaat leikataan kahteen eri pyörivään pintaan lukitakseen ne toisiinsa kääntyessään - keksittiin joskus noin 300 eKr. Alexandriassa asuneiden kreikkalaisten mekaanikkojen toimesta. Sen jälkeen vuosisatojen ajan yksinkertaisesta konsepista on tullut kulmakivi modernille tekniikalle, joka mahdollistaa kaikenlaiset koneet ja ajoneuvot, mukaan lukien autot ja polkupyörät.
Kuten kuitenkin käy ilmi, Issus coleoptratus -niminen kolmen millimetrin pituinen hyppyhyönteinen löi meidät tähän keksintöön. Malcolm Burrows ja Gregory Sutton, pari biologia Cambridgen yliopistosta Yhdistyneestä kuningaskunnasta, havaitsivat, että lajien nuorilla on monimutkainen hammaspyörästöjärjestelmä, joka lukitsee takajalat yhteen, jolloin molemmat lisävarusteet voivat pyöriä samalla hetkellä, aiheuttaen pienet olennot hyppäävät eteenpäin.
Issus coleoptratus
Vaihteet sijaitsevat kunkin hyönteisen takaosan ylemmässä segmentissä
Löytöllä, joka julkaistiin tänään Science- lehdessä, uskotaan olevan ensimmäinen toiminnallinen vaihdejärjestelmä, joka luonnossa on koskaan löydetty. Issus- suvun hyönteisiä, joita kutsutaan yleisesti kasvinsisureiksi, on kaikkialla Euroopassa ja Pohjois-Afrikassa. Burrows ja Sutton käyttivät elektronimikroskooppeja ja nopeaa videon sieppausta selvittääkseen hammaspyörän olemassaolon ja selvittääksesi sen tarkan toiminnan.
Vaihteen syy on heidän mukaansa koordinaatio: Hyppäämiseksi hyönteisen molemmat takajalat on työnnettävä eteenpäin samaan aikaan. Koska molemmat kääntyvät sivusuunnassa, jos yhtä pidennetään murto-osa sekuntia aikaisemmin kuin toista, se työntää hyönteisen pois tieltä oikealle tai vasemmalle sen sijaan, että se hyppää suoraan eteenpäin.
Vaihdelaatikko on tyylikäs ratkaisu. Tutkijoiden nopea video osoitti, että olennot, jotka hyppäävät jopa 8, 7 mailin tunnissa nopeudella, kukkasivat takajalkojaan hyppyasentoon, työntyivät sitten eteenpäin, jokaisen liikkuessa 30 mikrosekunnin sisällä (se on 30 miljoonasosaa sekunnista) ) toisesta.
Jalkojen hienosti hammastetut hammaspyörät sallivat tämän tapahtua. " Issuksessa luurankoa käytetään ratkaisemaan monimutkainen ongelma, jota aivot ja hermosto eivät pysty", Burrows sanoi lehdistötiedotteessa.
Hammaspyörät sijaitsevat hyönteisten takajalojen yläosassa (segmenteissä, jotka tunnetaan nimellä trochantera) ja käsittävät 10 - 12 kartiomaista hammasta, joista jokainen on noin 80 mikrometriä leveä (tai 80 miljoonasosa metriä). Kaikissa tutkituissa Issus- suppiloissa kummallakin takajalalla oli sama määrä hampaita ja hammaspyörät lukkiutuivat kunnolla. Hampaiden pohjassa on jopa fileetut käyrät, malli sisällytetty ihmisen valmistamiin mekaanisiin hammaspyöriin, koska se vähentää kulumista ajan myötä.
Vahvistaakseen, että hammaspyörät suorittivat tämän toiminnon, tutkijat suorittivat siisti (vaikkakin sairas) tempun joidenkin kuolleiden Issusten kanssa . He kokosivat jalat manuaalisesti takaisin hyppyasentoon, stimuloivat sitten sähköisesti päähyppylihaksia toisessa jalassa niin, että jalka jatkui. Koska se oli lukittu pyörivästi hammaspyörillä, myös toinen stimuloimaton jalka liikkui ja kuollut hyönteinen hyppäsi eteenpäin.
Tärkein mysteeri on se, että samojen hyönteislajien aikuisilla ei ole hammaspyörää - kun nuoret kasvavat ja ihonsa sulaa pois, he eivät pysty kasvamaan uudelleen hampaisiin ja aikuisten jalat synkronoivat vaihtoehtoisella mekanismilla ( sarjan ulkonemat ulottuvat molemmista takajaloista ja työntävät toisen jalan toimintaan).
Burrows ja Sutton olettavat, että tämä selittyy hammaspyörän hauraudella: jos yksi hammas murtuu, se rajoittaa suunnittelun tehokkuutta. Tämä ei ole niin suuri ongelma nuorille, jotka toistuvasti pistävät ja kasvavat uusia pyydyksiä ennen aikuisuutta, mutta kypsälle Issukselle hampaiden vaihtaminen olisi mahdotonta - siis vaihtoehtoinen järjestely.
Muista eläimistä on aikaisemmin löytynyt vaihdemaisia rakenteita (kuten piikkikilpikonna tai pyörävika), mutta ne ovat puhtaasti koristeellisia. Tämä näyttää olevan ensimmäinen luonnollinen muotoilu, joka toimii mekaanisesti kuten vaihdelaitteemme.
"Me ajattelemme vaihteet yleensä jotain, mitä näemme ihmisen suunnittelemissa koneissa, mutta olemme huomanneet, että se johtuu vain siitä, että emme näyttäneet tarpeeksi kovilta", Sutton sanoi. "Näitä pyydyksiä ei ole suunniteltu; ne ovat kehittyneitä - edustaen nopeaa ja tarkkuuslaitetta, joka on kehitetty synkronointiin eläinmaailmassa. "
