Sepengetahuan kami, gigi mekanis — gigi berukuran rata dipotong menjadi dua permukaan berputar yang berbeda untuk menguncinya bersama-sama saat berbelok — ditemukan sekitar 300 SM oleh mekanik Yunani yang tinggal di Alexandria. Sejak berabad-abad sejak itu, konsep sederhana telah menjadi batu kunci teknologi modern, memungkinkan semua jenis mesin dan kendaraan, termasuk mobil dan sepeda.
Namun, ternyata, serangga yang melompat tiga milimeter panjang yang dikenal sebagai Issus coleoptratus mengalahkan kami pada penemuan ini. Malcolm Burrows dan Gregory Sutton, sepasang ahli biologi dari University of Cambridge di Inggris, menemukan bahwa remaja spesies memiliki sistem persneling rumit yang mengunci kaki belakang mereka bersama-sama, memungkinkan kedua pelengkap untuk berputar pada saat yang bersamaan, menyebabkan makhluk kecil melompat maju.
Issus coleoptratus
Roda gigi terletak di segmen atas masing-masing kaki belakang serangga
Temuan ini, yang diterbitkan hari ini di Science, diyakini sebagai sistem gearing fungsional pertama yang pernah ditemukan di alam. Serangga dari genus Issus, yang biasa disebut "wereng tanaman, " ditemukan di seluruh Eropa dan Afrika Utara. Burrows dan Sutton menggunakan mikroskop elektron dan video capture kecepatan tinggi untuk menemukan keberadaan gearing dan mencari tahu fungsinya yang tepat.
Alasan persneling, kata mereka, adalah koordinasi: Untuk melompat, kedua kaki belakang serangga harus mendorong ke depan pada waktu yang bersamaan. Karena mereka berdua berayun ke samping, jika satu diperpanjang sepersekian detik lebih awal dari yang lain, itu akan mendorong serangga keluar dari jalur ke kanan atau ke kiri, bukannya melompat lurus ke depan.
Gearing adalah solusi yang elegan. Video kecepatan tinggi para peneliti menunjukkan bahwa makhluk itu, yang melompat dengan kecepatan setinggi 8, 7 mil per jam, memiringkan kaki belakang mereka dalam posisi melompat, kemudian mendorong ke depan, dengan masing-masing bergerak dalam 30 mikrodetik (yaitu 30 juta per detik) ) dari yang lain.
Gigi bergigi halus di kaki mereka memungkinkan ini terjadi. "Di Issus, kerangka itu digunakan untuk memecahkan masalah rumit yang tidak bisa otak dan sistem saraf, " kata Burrows dalam pernyataan pers.
Roda gigi terletak di bagian atas kaki belakang serangga (pada segmen yang dikenal sebagai trochantera) dan mencakup 10 hingga 12 gigi tirus, masing-masing memiliki lebar sekitar 80 mikrometer (atau 80 juta meter). Dalam semua gerbong Issus yang diteliti, jumlah gigi yang sama ada pada setiap kaki belakang, dan persneling terkunci bersama dengan rapi. Gigi bahkan memiliki lekukan yang terisi pada dasarnya, desain yang dimasukkan ke roda gigi mekanis buatan manusia karena mengurangi keausan dari waktu ke waktu.
Untuk mengkonfirmasi bahwa roda gigi melakukan fungsi ini, para peneliti melakukan trik rapi (walaupun tidak sehat) dengan beberapa Issus mati. Mereka secara manual memiringkan kaki mereka kembali ke posisi melompat, kemudian secara elektrik merangsang otot lompat utama dalam satu kaki sehingga kaki itu memanjang. Karena dikunci secara rotasi oleh persneling, kaki yang tidak terstimulasi bergerak juga, dan serangga yang mati melompat ke depan.
Misteri utama adalah kenyataan bahwa orang dewasa dari spesies serangga yang sama tidak memiliki gigi — ketika remaja tumbuh dan kulitnya berganti kulit, mereka gagal menumbuhkan kembali gigi gigi ini, dan kaki dewasa disinkronkan dengan mekanisme alternatif ( serangkaian tonjolan memanjang dari kedua kaki belakang, dan mendorong kaki lainnya untuk beraksi).
Burrows dan Sutton berhipotesis bahwa ini dapat dijelaskan oleh kerapuhan roda gigi: jika satu gigi patah, itu membatasi efektivitas desain. Ini bukan masalah besar bagi remaja, yang berulang kali meranggas dan menumbuhkan gigi baru sebelum dewasa, tetapi untuk Issus dewasa, mengganti gigi tidak mungkin — maka pengaturan alternatif.
Ada struktur seperti gigi yang sebelumnya ditemukan pada hewan lain (seperti kura-kura berduri atau serangga roda), tetapi mereka murni ornamen. Ini tampaknya menjadi desain alami pertama yang berfungsi secara mekanis seperti sistem diarahkan kami.
"Kami biasanya menganggap roda gigi sebagai sesuatu yang kami lihat pada mesin yang dirancang manusia, tetapi kami menemukan bahwa itu hanya karena kami tidak terlihat cukup keras, " kata Sutton. “Roda gigi ini tidak dirancang; mereka berevolusi — mewakili mesin presisi dan kecepatan tinggi yang dikembangkan untuk sinkronisasi di dunia hewan. ”
