Imagine que você está rastejando pelo chão da floresta, procurando ociosamente um pouco de fungo para comer, quando do nada aparece uma formiga com olhos esbugalhados e um par de mandíbulas longas, delgadas, equipadas com lâminas de barbear, puxadas para trás da cabeça. . Você tenta se afastar para a segurança, mas as mandíbulas da criatura são muito rápidas - girando em meio milissegundo, elas empalam você dos dois lados ao mesmo tempo antes de você ir a qualquer lugar. Tal é uma experiência típica na triste e curta vida de um springtail, presa de escolha para as formigas selvagens do gênero Myrmoteras .
As formigas-armadilha há muito são uma fonte de fascínio para Fred Larabee, pesquisador de pós-doutorado no Museu Nacional de História Natural do Smithsonian e principal autor de um artigo de ponta sobre a fisiologia dos espécimes Myrmoteras publicados hoje no Journal of Experimental Biology . No estudo, Larabee e seus companheiros visam responder a duas questões distintas sobre esses raros insetos malaios: exatamente o quão rápido são suas mandíbulas letais, e como é que elas geram seu poder?
Myrmoteras - do grego para "formiga monstruosa" - é apenas uma variedade de formigas-armadilha e uma variedade incomum. A coleta de quatro colônias inteiras para o estudo, duas de cada uma das duas espécies dentro do gênero, exigiu vasculhamento extensivo através da serapilheira da selva do Bornéu. O que torna a pesquisa de mandíbula tão fascinante para Larabee e outros mirmecologistas (biólogos de formigas) é a similaridade funcional observada entre espécies que evoluíram completamente independentes uma da outra.
“Armadilhas são realmente notáveis”, diz Larabee, que observa que elas se desenvolveram em cinco gêneros distintos de formigas em cinco formas distintas. “Eles evoluíram várias vezes dentro das formigas. Ser capaz de olhar para uma linhagem completamente diferente, uma origem diferente do comportamento e da morfologia, dá a você uma oportunidade única de estudar a evolução convergente - basicamente a evolução repetida e paralela desse sistema [trap-mandíbula] ”.
Quando lhe foi oferecida a oportunidade de trabalhar com Myrmoteras - um gênero sobre o qual pouco se conhecia -, Larabee estava na lua. Ele havia trabalhado com os gêneros trapaceiros mais comuns Anochetus e Odontomachus antes, mas conhecendo a natureza da evolução convergente, ele achava plausível que as formigas Myrmoteras tivessem desenvolvido a mesma capacidade de ataque vicioso através de meios anatômicos completamente diferentes.
Larabee e seus co-autores esperavam que o ataque de mandíbula de Myrmoteras fosse único, mas a extensão de sua dissimilaridade em relação a outros gêneros foi uma surpresa.
Para medir a velocidade angular do ataque da mandíbula, a equipe dependia da fotografia em alta velocidade.
“Usamos uma câmera que podia filmar a 50.000 quadros por segundo para desacelerar o movimento”, ele diz, “e isso foi rápido o suficiente para ser capaz de diminuir a velocidade para medir a duração de um ataque, e também a velocidade máxima. .
Na sua velocidade mais rápida, as mandíbulas movem-se a uma velocidade linear de 60 milhas por hora, e todo o seu movimento está completo em cerca de 1/700 do tempo que leva um humano para piscar os olhos.
Curiosamente, o que pegou Larabee de surpresa foi que esse resultado não foi tão rápido. "Comparado com outras formigas-armadilhas, é bem lento", diz ele com uma risada. De fato, o movimento da pinça das formigas Odontomachus é totalmente duas vezes mais rápido.
Larabee supunha que o motivo da lentidão comparativa dos ataques de mandíbulas de Myrmoteras deve ter a ver com as estruturas anatômicas que lhes permitiam - o assunto da segunda parte de sua pesquisa.
Além do método testado e comprovado de examinar espécimes ao microscópio em busca de pistas sobre o funcionamento de seu sistema de mandíbula-armadilha, a equipe de Larabee utilizou uma tecnologia moderna não testada no campo da pesquisa de formigas com mandíbulas. Varredura de micro-tomografia de raios-X.
Essencialmente uma versão reduzida da tomografia computadorizada que você pode receber no consultório do médico, a técnica de micro-tomografia computadorizada permite que pesquisadores como Larabee tenham uma idéia melhor das estruturas internas presentes em um determinado espécime, e como elas são organizadas em três partes. espaço dimensional.
"Em um ambiente digital", diz Larabee, ele foi capaz de "olhar para as estruturas e ver como elas se relacionam umas com as outras, e onde os músculos estão presos à mandíbula". Ele é um grande defensor da tecnologia de micro-CT. que fornece insights significativos sem causar danos ao espécime. (Considerando que a melhor prática para o estudo de espécimes arquivados não é alterá-los, a micro-CT pode ser uma grande vantagem para os colegas do museu de Larabee no futuro.)
A bióloga e entomologista evolutiva Corrie Moreau, professora do Museu Field de História Natural de Chicago, está entusiasmada com o rigor técnico da pesquisa Myrmoteras e com suas possíveis implicações para o campo.
"A força real deste estudo de Larabee, Gronenberg e Suarez", diz ela, "é a diversidade de ferramentas e técnicas que os autores usaram para entender completamente os mecanismos empregados por esse grupo de formigas para alcançar a amplificação de potência".
O que Larabee descobriu com sua análise de tomografia computadorizada foi que os mecanismos de bloqueio, mola e gatilho que permitiam que Myrmoteras executassem seus ataques de mandíbula eram provavelmente significativamente diferentes de seus equivalentes em formigas-armadilha de outros gêneros.
O mais intrigante, talvez, é o mecanismo de travamento que mantém as mandíbulas separadas quando não estão engajadas. Antes de um assalto, as mandíbulas de Myrmoteras são separadas por incríveis 270 graus - em Anochetus e Odontomachus, este ângulo é de apenas 180. Imagens de micro-TC lançam alguma luz (de alta energia) sobre isso, sugerindo que “as alavancas opostas de dois músculos puxar a mandíbula favorece a mandíbula de permanecer aberta, devido à maneira como os músculos estão presos à articulação mandibular ”.
A configuração do Myrmoteras é bizarra. "Esse é um sistema de trava que você não vê em outras formigas", diz Larabee.
As imagens de micro-tomografia por raios-X permitiram que Larabee e seus co-autores ligassem o que haviam observado em vídeos e sob o microscópio com grupos musculares específicos dentro das cabeças das formigas. Nessa imagem, o azul representa o "músculo mais rápido", que acredita-se que a mandíbula está em movimento, e o vermelho, "músculo mais próximo e lento", que termina o trabalho. (Fredrick Larabee e outros) Esse método incomum de bloqueio informa outro aspecto do aparato de ataque da mandíbula: o gatilho. Nas cabeças de outras formigas, o músculo do gatilho - que fornece o torque inicial às mandíbulas - tende a ser pequeno. Devido à maneira como o sistema de bloqueio funciona em Myrmoteras, no entanto, esse gatilho é significativamente mais robusto e é facilmente discernível nas tomografias computadorizadas.
Por último, mas não menos importante, é o mecanismo de mola que permite que as formigas Myrmoteras armazenem a energia potencial que se torna energia cinética quando se soltam. Larabee supõe que uma fonte primária desse potencial de primavera é um lóbulo na parte de trás das cabeças das formigas, que na fotografia de alta velocidade era visto como deformando-se significativamente durante os ataques. Pesquisas adicionais são necessárias, mas Larabee diz que a "deformação da cabeça é tão grande que suspeitamos que isso tenha contribuído para o armazenamento de energia".
Todos esses fatores se juntam para produzir um único ataque de Myrmoteras, similar aos ataques de outros gêneros de mandíbulas de armadilhas no nível macro, ainda que totalmente idiossincráticos no nível micro. E enquanto os ataques de Myrmoteras não acumulam tão grande quanto os de outras formigas, Larabee é rápido em apontar que eles fazem o trabalho.
"Meio milissegundo não é nada para se desprender em termos de velocidade", diz ele, "e é rápido demais para capturar um springtail." Mesmo com seu aparato mais fraco, as formigas Myrmoteras geram cerca de 100 vezes mais energia com as ferramentas elásticas que possuem evoluíram do que nunca, através da ação muscular direta.
Por que exatamente essas formigas desenvolveram essa capacidade não está claro, mas Larabee acha que isso tem muito a ver com seus alvos ágeis. "Você acaba com essas corridas armamentistas entre predadores e presas", diz ele. “Se você é uma gazela, você tem que correr rápido, e isso significa que a chita vai correr ainda mais rápido. E suspeito que ter presas capazes de escapar rapidamente - como colêmbolos - é uma boa pressão para selecionar esses predadores realmente rápidos ”.
Moreau está otimista de que essa pesquisa abrirá a porta para novas investigações sobre o mundo maior e mais surpreendente da evolução convergente.
“Com tantas formigas e outros organismos, confiando na amplificação do poder para capturar a presa”, diz ela, perguntamo-nos: “Quantas maneiras essa estratégia eficaz pode evoluir em todo o reino animal? E este estudo agrada muito a nossa compreensão desta questão muito interessante. ”
