在昆虫中发现的功能齿轮机构的自然实例

剑桥大学的科学家们已经发现了昆虫中的功能齿轮机构的自然实例。

以前认为仅在普通昆虫中发现了一种人为的齿轮机构的自然实例 - 显示在我们确实之前的互锁齿轮互锁齿轮。

少年ISSUS - 欧洲花园中发现的植物跳昆虫 - 有后腿关节，弯曲的齿轮状带有相反的“牙齿”的条带，该条带是互连的，像机械齿轮一样旋转，以在跳跃时使动物的腿同步。

该发现证明了先前认为仅为人造的齿轮机构具有进化的先例。科学家们说这是“在生物学结构中首次观察机械齿轮”。

通过对正常发行动作的解剖分析和高速视频捕获的组合，剑桥大学的科学家能够首次揭示这些功能的自然齿轮。这些研究结果据最近的杂志。

Issus后腿的齿轮与每个自行车和每个汽车齿轮箱内部发现的那些齿轮都具有显着的工程相似之处。每个齿轮齿都有一个圆角，它连接到齿轮条;与自行车齿轮等人造齿轮相同的特征 - 基本上是减震机构，以阻止剪切牙齿。

相对的后腿上的齿轮像汽车齿轮箱中的那些锁定在一起，确保腿部运动中几乎完全的同步性 - 腿始终在彼此30'微秒'内移动，一个微秒等于百万分之一第二。

发行若虫。

这对于这种昆虫的主要运输方式的强大跳跃至关重要，甚至甚至在推进点的腿的速度之间同步的甚至差异将导致“偏航旋转” - 导致发票旋转无可救药地失控。

“这种精确同步是不可能通过神经系统实现的，因为神经冲动对于所需的非常紧张的协调需要太长，”来自Cambridge的动物科学教授Malcolm Burrows说。

“通过开发机械齿轮，issus只能将神经信号发送到其肌肉，产生大致相同的力量 - 然后，如果一条腿开始推动跳转器将互锁，则产生绝对的同步性。

“在ISSUS中，骨架用于解决大脑和神经系统不能，”洞穴的复杂问题“。“这强调了考虑骨架属性的重要性，以如何产生运动。”

“我们通常会认为齿轮是我们在人类设计的机械中看到的东西，但我们发现这只是因为我们看起来不够努力，”现在在布里斯托尔大学加入了合作格雷戈里·萨顿。

“这些齿轮没有设计;它们正在进化 - 代表高速和精密机械演变为动物世界中的同步。“

有趣的是，机械齿轮仅在昆虫的青少年或“若虫”中只发现，并且在最终过渡到成年期。这些转变称为“MOLTS”，是当动物在其开发的关键点铸造刚性皮肤以便成长。

目前尚不清楚为什么发行人们在到达成年期间失去了其后腿齿轮。科学家指出，任何齿轮系统的问题都是，如果齿轮上的一颗齿断裂，则整个机构的有效性损坏。虽然在下一个蜕皮中可以修复若虫的齿轮牙齿破损，但成年期损坏仍然是永久性的。

它也可能缩小到大尺寸的成年人，因此它们的“Trochantera” - 股票等同于股骨或大腿骨骼的昆虫。更大的成年Trochantera可能让它们可以创造足够的摩擦力，从叶子到叶子的巨大跳跃，而无需啮合齿轮齿来驱动它，说科学家。

少年ISSUS中的每个齿条长约400微米长，在10至12齿之间，每个腿的齿轮两侧含有相同的数字 - 给出齿轮比为1：1。

与人造齿轮不同，每个齿轮齿都是不对称的并且朝向齿轮互锁的点弯曲 - 作为人造齿轮需要对称形状以在旋转方向上工作，而发电机齿轮仅推动一种方式推动动物向前。

虽然有动物王国中显然观赏齿轮的例子 - 例如在齿轮乌龟的壳体上或车轮虫的背面 - 具有功能作用的齿轮，仍然难以难以捉摸，或者已经被演变的消除。

该科学家们表示，ISSUS是具有可观察功能的自然COG机制的第一个例子。

出版物：Malcolm Burrows＆Gregory Sutton，“互动齿轮在跳跃的昆虫中同步推进腿部移动”，2013年9月13日：，Vol。 341号。 6151 pp。1254-1256; DOI：10.1126 / science.1240284

图像：齿轮连接植物料斗的后腿，发行。信用：Burrows / Sutton.