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Science:由昆虫“发明”的机械齿轮

Science:由昆虫“发明”的机械齿轮

伊苏斯若虫(Issus coleoptratus)

研究人员有时会向自然界寻求工程设计的灵感,例如,模仿蝇类翅膀的扑动来制造会飞的机械装置。但在有些时候,研究人员会发现所谓人类的发明——例如经典的螺丝与螺帽系统——已经在很久以前就被进化过程“设计”出来了。

现在,来自英国剑桥大学(University of Cambridge)的动物学家们报告了一个全新的例子,而它正属于后面的(且较罕见的)一种情况:一个被称作伊苏斯(Issus)的在植物间蹦跳的昆虫属中的成员在它们的后腿中就有着能够像机械齿轮那样相互啮合并旋转的互动性齿轮。

研究人员对一种特别的叫做 Issus coleoptratus 的昆虫拍摄了高速视频并发现,这种飞虱在其后腿的被称作转节的节段上有一个弯曲的狭条,上有10-12个轮齿。然而,他们说,这一特征只存在于 I. coleoptratus 的若虫中,并会在这些昆虫完成最后蜕皮而变为成虫时消失。在向前跳跃之前,飞虱将其一条腿上的轮齿与另外一条腿上的轮齿啮合以“弯曲”它们的腿。

Science:由昆虫“发明”的机械齿轮

据研究人员披露,这一动作将该昆虫的后腿紧紧地耦合起来,确保其双腿在跳跃的过程中能同步移动,且两腿之间运动的时间差在几个微秒之内。

他们的发现表明齿轮——曾经被认为是人类的发明——实际上在自然界中演化了出来,且它们在跳跃于植物间的昆虫的自然行为中扮演着一种基本且具功能性的作用。

因为若虫在其蜕皮时似乎修复了对其齿轮的任何损坏,研究人员提出,这样的维护很可能是为了保持这些齿轮继续转动所必需的。

原文检索:

Malcolm Burrows, Gregory Sutton. Interacting Gears Synchronize Propulsive Leg Movements in a Jumping Insect. Science, 13 September 2013; DOI: 10.1126/science.1240284

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