Как муравей захлопывает челюсти-капкан

У некоторых муравьёв длинные челюсти могут оставаться широко раскрытыми, а затем резко захлопываться. Быстрый удар обеспечивается предварительным накоплением энергии и освобождением удерживающего механизма. Такое устройство называют челюстями-капканом. У изученных одонтомахусов — одного рода муравьёв — оно участвует не только в захвате добычи.

Мышца нагружает систему заранее

В исследовании устройства челюстей обнаружили удерживающий механизм в суставе. Он сохраняет раскрытое положение, пока мощная закрывающая мышца сокращается. Благодаря этому её работа может заранее создать запас энергии в частях наружного скелета, внутренних структурах передачи тяги и самой мышце.

Когда наступает момент удара, сравнительно небольшая специальная мышца освобождает удержание. Накопленная энергия быстро ускоряет челюсть. Поэтому видимое захлопывание нельзя понимать как обычное движение, скорость которого определяется лишь текущим сокращением крупной мышцы.

В работе движение проверяли световым сканированием. Обнаружили также замедление челюстей перед их столкновением друг с другом. Этот факт напоминает, что даже очень быстрый удар имеет последовательность: подготовка, освобождение, ускорение и завершение не являются одним неподвижным положением.

Механизм не создаёт энергию из ничего. Сначала требуется мышечная работа, затем запас высвобождается. Название «капкан» описывает удержание и спуск, а не металлическую деталь внутри головы насекомого.

Прикосновение запускает ответ

Другое исследование проверило чувствительные волоски на внутреннем крае челюстей. Когда добыча касалась определённых волосков, челюсти быстро закрывались. Электрофизиологическая запись показала, что волоски работают как механические рецепторы: они позволяют воспринимать прикосновение.

С ними связаны крупные чувствительные нервные клетки. Авторы сопоставили особенности их проводящих отростков с возможностью быстрой передачи сигнала. Размер и предполагаемую скорость передачи следует различать: анатомическая особенность поддерживает объяснение быстрого ответа, но не заменяет измерение каждой стадии.

Здесь есть две разные роли. Волосок сообщает о контакте, а заранее нагруженный двигательный аппарат выполняет удар. Сам волосок не служит пружиной, которая силой своего сгибания захлопывает всю челюсть.

Удар может поднять самого муравья

В работе о механике одного вида обнаружили два результата работы челюстей: захват добычи и перемещение самого насекомого. Если удар направлен в поверхность, его действие может подбросить муравья над опорой.

Ориентация головы и поверхность, по которой приходится удар, меняют результат. Поэтому одна и та же система участвует в захвате добычи, отбрасывании вторгшегося животного или прыжке. Это не означает, что каждый быстрый щелчок обязательно поднимает муравья в воздух.

Важно различать скорость движущейся челюсти и скорость целого тела. Удар, направленный на добычу, и отрыв от земли имеют разные условия контакта. Обычный снимок раскрытых челюстей не показывает, какой результат возникнет после спуска.

Как проверили пользу побега

В другом исследовании изучали встречи рабочих муравьёв другого вида с личинками муравьиных львов, устраивающих ловчие ямки. Муравьи могли выбраться бегом; в части встреч они уходили из ямки прыжком, вызванным ударом челюстей.

Чтобы проверить связь с успешным побегом, исследователи сравнили животных со свободными и ограниченными челюстями. При свободных челюстях выход из ямок происходил чаще. Такой опыт поддерживает защитную роль прыжка в проверенных встречах, а не обещает спасение любого муравья от каждого хищника.

Он также показывает, почему наблюдения подброшенного тела недостаточно для вывода о пользе. Сначала надо установить способ движения, затем отдельно проверить его результат в конкретном взаимодействии.

Что видно на иллюстрации

Портрет показывает наружное тело муравья с длинными челюстями, усиками, ногами и узким соединением перед брюшком. Он не изображает внутреннюю мышцу, величину запаса энергии или момент удара. Для их изучения нужны последовательная запись и специальные измерения. По одному наружному виду нельзя переносить результат одного исследованного вида на всех муравьёв.