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最新发现首种“齿轮昆虫” 腿部齿轮协调弹跳

2016-03-07 | 人围观 | 评论:暂无评论

据国外媒体报道,机械齿轮普通存在于日常用品中,从手表至汽车发动机,但最新一项研究显示,“齿轮”结构最早源于自然界。

一种叫做“伊苏斯虫(Issus coleoptratus)”的昆虫,擅长在植物之间跳跃,被认为是自然界首个具有功能性齿轮结构的生物。该昆虫后腿的咬合齿轮结构有助于它的腿部同步跳跃。

英国剑桥大学神经生物学名誉教授马尔科姆-布罗斯(Malcolm Burrows)说:“据我所知,伊苏斯虫是自然界第一种具有齿轮结构的生物。”他和同事使用高速相机拍摄了伊苏斯虫的齿轮结构运行,当它们准备跳跃时, 啮合两条腿上的齿轮齿,就如同手枪扣上扳机,之后它们以平滑爆发式动作实现弹跳。

伊苏斯虫每条腿上有10-12个弯曲的齿轮齿,事实上这种昆虫的齿轮结构最早发现于1957年,但并没有人示范这种齿轮的功能性。

昆虫的后腿排列具有两种方式,草蜢和跳蚤的腿部移动与身体不在同一平面上,然而像蜡蝉等擅长跳跃的昆虫,腿部在身体下方,与身体保持同一平面,为此蜡蝉的腿部需要紧密地拢合在一起。布罗斯说:“如果两个腿之间存在轻微的时间差,那么它的身体将开始旋转。”

伊苏斯虫每条后腿的齿轮合拍运动反应时间在30微秒之内,比中枢神经系统反应时间更快。目前,这项最新研究报告发表在《科学》杂志上。

布罗斯使用一只死亡蜡蝉进行了实验,当他拽动一条后腿时,它的两条腿均快速延伸。因此,伊苏斯虫骨骼系统可协调同步两条腿的弹跳动作。

生物谷推荐的英文摘要

Cover

Science DOI: 10.1126/science.1240284

Interacting Gears Synchronize Propulsive Leg Movements in a Jumping Insect

Malcolm Burrows†, Gregory Sutton*

Gears are found rarely in animals and have never been reported to intermesh and rotate functionally like mechanical gears. We now demonstrate functional gears in the ballistic jumping movements of the flightless planthopper insect Issus. The nymphs, but not adults, have a row of cuticular gear (cog) teeth around the curved medial surfaces of their two hindleg trochantera. The gear teeth on one trochanter engaged with and sequentially moved past those on the other trochanter during the preparatory cocking and the propulsive phases of jumping. Close registration between the gears ensured that both hindlegs moved at the same angular velocities to propel the body without yaw rotation. At the final molt to adulthood, this synchronization mechanism is jettisoned.

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