Bayangkan Anda merangkak di sepanjang lantai hutan, iseng mencari sedikit jamur untuk dimakan, ketika entah dari mana muncul seekor semut dengan mata melotot dan sepasang mandibula yang dilengkapi dengan pisau cukur yang ramping dan panjang yang ditarik ke belakang kepalanya. . Anda berusaha melompat ke tempat yang aman, tetapi rahang makhluk itu terlalu cepat — berputar dalam setengah milidetik, mereka menusuk Anda dari dua sisi sekaligus sebelum Anda pergi ke mana pun. Ini adalah pengalaman khas dalam kehidupan pendek yang menyedihkan dari pegas, mangsa pilihan bagi semut "rahang perangkap" liar dari genus Myrmoteras .
Semut jebakan telah lama menjadi sumber daya tarik bagi Fred Larabee, seorang peneliti pascadoktoral di Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian dan penulis utama makalah mutakhir tentang fisiologi spesimen Myrmoteras yang diterbitkan hari ini di Journal of Experimental Biology . Dalam penelitian tersebut, Larabee dan kawan-kawannya bertujuan untuk menjawab dua pertanyaan berbeda tentang serangga langka Malaysia ini: seberapa cepat rahangnya yang mematikan, dan bagaimana mereka menghasilkan kekuatan mereka?
Myrmoteras —dari bahasa Yunani untuk “semut monster” —tetapi hanya satu jenis semut rahang perangkap, dan varietas yang tidak biasa pada saat itu. Mengumpulkan empat koloni keseluruhan untuk penelitian ini, dua dari masing-masing dua spesies dalam genus, memerlukan pencarian yang luas melalui serasah daun hutan Kalimantan. Apa yang membuat penelitian rahang perangkap begitu menarik bagi Larabee dan ahli myrmekologi (ahli biologi semut) lainnya adalah kesamaan fungsional yang diamati antara spesies yang berevolusi sepenuhnya independen satu sama lain.
“Rahang perangkap benar-benar luar biasa, ” kata Larabee, yang mencatat bahwa mereka telah berkembang dalam lima genus semut yang berbeda dalam lima bentuk yang berbeda. “Mereka telah berevolusi beberapa kali dalam semut. Mampu melihat garis keturunan yang sama sekali berbeda, asal usul perilaku dan morfologi yang berbeda, memberi Anda kesempatan unik untuk mempelajari evolusi konvergen — pada dasarnya evolusi paralel dan berulang dari sistem [trap-jaw] ini. ”
Ketika ditawari kesempatan untuk bekerja dengan Myrmoteras — genus yang hanya sedikit diketahui yang berharga — Larabee berada di atas bulan. Dia telah bekerja dengan genera perangkap-rahang yang lebih umum, Anochetus dan Odontomachus sebelumnya, tetapi mengetahui sifat evolusi konvergen, dia pikir masuk akal bahwa semut Myrmoteras telah mengembangkan kemampuan serangan setan yang sama melalui cara anatomi yang sama sekali berbeda.
Larabee dan rekan penulisnya mengharapkan serangan mandibula Myrmoteras menjadi unik, tetapi tingkat perbedaannya dengan genera lain datang sebagai kejutan.
Untuk mengukur kecepatan sudut dari serangan rahang yang melumpuhkan semut, tim mengandalkan fotografi kecepatan tinggi.
“Kami menggunakan kamera yang dapat merekam pada 50.000 frame per detik untuk memperlambat gerakan, ” katanya, “dan itu cukup cepat untuk dapat memperlambatnya untuk benar-benar mengukur durasi serangan, dan juga kecepatan puncak "
Pada kecepatan tercepatnya, mandibula bergerak dengan kecepatan linier 60 mil per jam, dan seluruh gerakan mereka selesai dalam waktu 1/700 dari waktu yang dibutuhkan manusia untuk mengedipkan mata.
Yang mengherankan, yang membuat Larabee terkejut adalah bahwa hasil ini tidak terlalu cepat. "Dibandingkan dengan semut perangkap-rahang lainnya, ini sangat lambat, " katanya sambil tertawa. Memang, gerakan menjepit semut Odontomachus sepenuhnya dua kali lebih cepat.
Larabee mengira bahwa alasan untuk kelesuan komparatif dari serangan rahang Myrmoteras harus ada hubungannya dengan struktur anatomi yang memungkinkannya — subjek dari bagian kedua penelitiannya.
Selain metode mencoba-dan-benar memeriksa spesimen di bawah mikroskop untuk petunjuk tentang pengoperasian sistem perangkap-rahang mereka, tim Larabee membawa teknologi modern yang sebelumnya tidak teruji dalam bidang penelitian semut trap-jaw: X-ray micro-CT scan.
Pada dasarnya versi pemindaian CAT yang menyusut yang mungkin Anda terima di kantor dokter, teknik mikro-CT memungkinkan peneliti seperti Larabee untuk mendapatkan gagasan yang lebih baik tentang struktur internal yang ada dalam spesimen yang diberikan, dan bagaimana mereka disusun dalam tiga bagian. ruang dimensi.
"Dalam lingkungan digital, " kata Larabee, ia mampu "melihat struktur dan melihat bagaimana mereka berhubungan satu sama lain, dan di mana otot menempel pada mandibula." Dia adalah pendukung besar teknologi micro-CT, yang memberikan wawasan yang signifikan tanpa membahayakan spesimen. (Mengingat bahwa praktik terbaik untuk mempelajari spesimen yang diarsipkan bukan untuk mengubahnya, mikro-CT dapat membuktikan menjadi anugerah besar bagi rekan-rekan museum Larabee yang akan datang.)
Ahli biologi evolusi dan entomologi Corrie Moreau, seorang profesor di Field Museum of Natural History di Chicago, bersemangat dengan ketelitian teknis dari penelitian Myrmoteras, dan oleh kemungkinan implikasinya terhadap bidang tersebut.
"Kekuatan sebenarnya dari studi ini oleh Larabee, Gronenberg, dan Suarez, " katanya, "adalah keragaman alat dan teknik yang digunakan penulis untuk sepenuhnya memahami mekanisme yang digunakan oleh kelompok semut ini untuk mencapai amplifikasi daya."
Apa yang ditemukan Larabee dengan analisis CT-nya adalah bahwa mekanisme kunci, pegas dan pemicu yang memungkinkan Myrmoteras untuk melakukan serangan rahangnya semuanya kemungkinan berbeda secara signifikan dari padanannya dalam semut jebakan-perangkap dari genus lain.
Paling menarik, mungkin, adalah mekanisme penguncian yang membuat rahang terpisah ketika tidak bertunangan. Sebelum penyerangan, mandibula Myrmoteras dipisahkan oleh 270 derajat yang luar biasa — di Anochetus dan Odontomachus, sudut ini hanya 180. Pencitraan mikro-CT memberi sedikit cahaya (energi tinggi) pada ini, menunjukkan bahwa “tuas yang berlawanan dari dua otot menarik mandibula mendukung mandibula tetap terbuka, karena cara otot melekat pada sendi mandibula. "
Konfigurasi Myrmoteras adalah yang aneh. "Itu adalah sistem kunci yang tidak Anda lihat di semut jebakan lain, " kata Larabee.
Pencitraan mikro-CT sinar-X memungkinkan Larabee dan rekan penulisnya untuk menghubungkan apa yang telah mereka amati dalam video dan di bawah mikroskop dengan kelompok otot tertentu di dalam kepala semut. Dalam gambar ini, biru melambangkan "otot lebih dekat, " dipercaya untuk mengatur mandibula dalam gerakan, dan merah "otot lebih dekat lambat, " yang menyelesaikan pekerjaan. (Fredrick Larabee et al.) Metode penguncian yang tidak biasa ini menginformasikan aspek lain dari peralatan serangan rahang: pemicunya. Di kepala semut rahang jebakan lainnya, otot pemicu — yang memberi mandibula torsi awalnya — cenderung kecil. Karena cara fungsi sistem penguncian di Myrmoteras, pemicu ini secara signifikan lebih besar, dan mudah dilihat dalam CT scan.
Yang tak kalah pentingnya adalah mekanisme pegas yang memungkinkan semut Myrmoteras untuk menyimpan energi potensial yang menjadi energi kinetik saat dilepaskan. Larabee berhipotesis bahwa sumber utama potensi pegas ini adalah lobus di belakang kepala semut, yang dalam fotografi kecepatan tinggi terlihat berubah bentuk secara signifikan selama serangan. Diperlukan penelitian tambahan, tetapi Larabee mengatakan "deformasi kepala sangat besar sehingga kami menduga bahwa itu harus berkontribusi pada penyimpanan energi."
Semua berbagai faktor ini bersatu untuk menghasilkan satu pemogokan Myrmoteras, mirip dengan pemogokan genera jebakan-jebakan jauh-jauh lainnya di tingkat makro namun sama sekali istimewa di tingkat mikro. Dan sementara serangan Myrmoteras tidak mengemas pukulan yang cukup besar seperti semut lainnya, Larabee dengan cepat menunjukkan bahwa mereka menyelesaikan pekerjaan.
“Setengah milidetik tidak ada bedanya dengan bersin dalam hal kecepatan, ” katanya, “dan itu jauh lebih cepat untuk menangkap pegas.” Bahkan dengan peralatan yang lebih lemah, semut Myrmoteras menghasilkan sekitar 100 kali lebih banyak daya dengan alat elastis yang mereka miliki. berevolusi daripada yang pernah mereka dapat melalui aksi otot langsung saja.
Mengapa semut-semut ini mengembangkan kemampuan ini tidak jelas, tetapi Larabee berpikir itu ada hubungannya dengan target gesit mereka. "Kamu berakhir dengan perlombaan senjata antara predator dan mangsa, " katanya. "Jika kamu seekor rusa, kamu harus berlari cepat, dan itu berarti cheetah akan berlari lebih cepat lagi. Dan saya curiga memiliki mangsa yang mampu melarikan diri dengan sangat cepat "- seperti pegas -" adalah tekanan yang baik untuk memilih predator yang sangat cepat ini. "
Moreau optimis bahwa penelitian ini akan membuka pintu untuk penyelidikan lebih lanjut ke dunia evolusi konvergen yang lebih besar dan sering mencengangkan.
“Dengan begitu banyak semut, dan organisme lain, mengandalkan penguatan daya untuk menangkap mangsa, ” katanya, orang bertanya-tanya, “Berapa banyak cara strategi efektif ini dapat berkembang di seluruh dunia hewan? Dan penelitian ini dengan baik menambah pemahaman kita tentang pertanyaan yang sangat menarik ini. ”
