สิ่งสร้างชิ้นเล็ก ๆ เหล่านี้อัดแน่นกว่าสิ่งมีชีวิตอื่นที่มีขนาดเท่ากัน บาคาร่า โดย ELLIE SHECHET | เผยแพร่เมื่อ 5 พฤษภาคม 2021 10:45 น.
สิ่งแวดล้อม
ตั๊กแตนตำข้าวตัวเล็กมีขนาดประมาณเมล็ดข้าว และพวกมันชกด้วยความเร็วเร็วกว่าความเร็วในการเจาะโดยรวมของสายพันธุ์อื่นที่มีขนาดใกล้เคียงกันห้าถึงสิบเท่า
แบ่งปัน
กุ้งตั๊กแตนตำข้าวซึ่งเป็นกลุ่มครัสเตเชียที่กินสัตว์อื่นซึ่งมีลูกตาที่โด่งดังและเคลื่อนไหวอย่างอิสระสามารถพบได้ทั่วโลก แต่สปีชีส์ต่าง ๆ ล้วนมีบางอย่างที่เหมือนกัน: พวกมันอัดแน่นอย่างน่าขยะแขยง อันที่จริง เป็นที่ทราบกันดีว่าตั๊กแตนตำข้าวสามารถเคลื่อนไหวแขนขาได้เร็วที่สุดที่เคยบันทึกไว้ด้วยความเร็วราวๆ 50 ไมล์ต่อชั่วโมง ในการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 29 เมษายนในThe Journal of Experimental Biologyทีมนักวิจัยได้ตรวจสอบความสามารถที่โดดเด่นนี้ในกุ้งตัวอ่อนตัวอ่อนซึ่งมีขนาดไม่เกินเมล็ดข้าว
ผู้เขียนนำ Jacob Harrison นักศึกษาระดับปริญญาเอกด้านชีววิทยาจาก Duke University กล่าวว่า “เราเห็นกลไกเหล่านี้ทั่วชีววิทยา “คุณเห็นพวกมันในแมลงกระโดด คุณเห็นพวกมันในกุ้งหัก คุณเห็นพวกมันในมดขากรรไกร คุณเห็นพวกมันในกบ”
การวิจัยครั้งนี้ Harrison กล่าว ทีมงานสนใจที่จะค้นหา
ว่าเมื่อใดที่ความสามารถนี้ปรากฏในกุ้งตั๊กแตนตำข้าวเป็นครั้งแรก และหากลูกกุ้งสามารถโจมตีได้เร็วกว่ากุ้งที่โตเต็มวัย แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในปัจจุบันแนะนำว่าสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กควรเร่งความเร็วได้เร็วกว่า ทีมงานยังต้องการทราบว่าความเร็วในการ “โจมตี” ของกุ้งตัวอ่อนนั้นเป็นอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วที่สิ่งมีชีวิตขนาดใกล้เคียงกันสามารถเคลื่อนที่ได้
ในการปิด “หมัด” กุ้งตั๊กแตนตำข้าวใช้กลไกที่เรียกว่าการกระตุ้นด้วยสปริงแบบใช้สลักซึ่งเป็นกระบวนการที่พลังงานที่เก็บไว้ในสปริงจะถูกปล่อยออกมา ลองนึกถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในการยิงธนู ผู้เขียนร่วม Sheila Patek ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัย Duke กล่าว “คุณสามารถใช้แขนขว้างลูกธนูได้ แต่มันไม่เร็วนัก” Patek กล่าว “อย่างไรก็ตาม หากคุณใช้กล้ามเนื้อแขนเพื่อใส่พลังงานเข้าไปในการเปลี่ยนรูปของคันธนู คุณจะสามารถเก็บพลังงานไว้ในวัสดุได้มาก” ปล่อยด้วยสลัก (ในกรณีนี้คือนิ้วของคุณ) พลังงานจากคันธนูจะปล่อยลูกศร สำหรับตั๊กแตนตำข้าว เป็นกระบวนการที่คล้ายกัน—เมื่อกล้ามเนื้อ “จับ” คลายตัว เช่นเดียวกับเมื่อนิ้วของคุณผ่อนคลายบนคันธนู พลังงานที่สะสมไว้จะปล่อยและขับเคลื่อนขาหน้าของพวกมัน
ตั๊กแตนตำข้าวทุกสายพันธุ์ใช้ระบบนี้ แต่ในรูปแบบที่ต่างกัน บางชนิดเป็นที่รู้จักอย่างน่ายินดีในนาม “ผู้ทุบ”—พวกมันอาศัยอยู่ใต้โขดหินในแหล่งอาศัยของปะการัง ออกหาเหยื่อที่มีเปลือกแข็งอย่างหอยทากแล้วทุบให้แตกออกด้วยส่วนต่อรูปค้อน อื่น ๆ เรียกว่า “หอก” ที่ขุดลงไปในดินและซุ่มโจมตีปลาและปลาหมึกด้วยหอกในตัว อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านั้น พวกมันแต่ละตัวจะผ่านระยะของตัวอ่อนต่างๆ จนถึงจุดหนึ่งที่ลอยขึ้นไปในมหาสมุทรเปิดเพื่ออาศัยอยู่ชั่วครู่เป็นแพลงก์ตอนที่มองเห็นได้ก่อนที่จะลอยกลับลงมาสู่วัยผู้ใหญ่
แฮร์ริสัน ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษานี้โดยเป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยระดับปริญญาเอกของเขา ได้รวบรวมคลัตช์ไข่จากกุ้งตั๊กแตนตำข้าวฟิลิปปินส์ตัวเมีย หรือGonodactylaceus falcatus ที่อาศัยอยู่ในป่าบนเกาะโออาฮูในฮาวาย เขาเลี้ยงกุ้งตัวเล็กๆ ในห้องแล็บ เลี้ยงไข่บนโต๊ะเชคเกอร์ความเร็วเพื่อให้น้ำไหล เหมือนกับตั๊กแตนตำข้าว
นักวิจัยพบว่าในระยะดักแด้ที่สี่ เมื่อตัวอ่อนของตั๊กแตนตำข้าวลอยตัวและกลายเป็นแพลงตอน – “นั่นคือครั้งแรกที่เราเริ่มเห็นพฤติกรรม [การต่อย] นี้” แฮร์ริสันกล่าว เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นเป็นพิเศษสำหรับนักวิจัย เนื่องจากในระยะนี้สัตว์มีความโปร่งใสอย่างสมบูรณ์ “คุณสามารถเห็นกล้ามเนื้อทั้งหมดหดตัว และคุณสามารถเห็นกลไกการทำงานทั้งหมดได้” แต่การจับภาพรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ อย่างเหลือเชื่อนี้บนกล้อง แม้จะใช้เทคโนโลยีขั้นสูงสุดก็เป็นสิ่งที่ท้าทาย เขากล่าวเสริม ในที่สุดพวกเขาก็ต้องติดไม้จิ้มฟันและแหย่พวกเขาด้วยอีกอันหนึ่งเพื่อกระตุ้นการป้องกัน
ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าแม้ตัวอ่อนจะโจมตีอย่างรวดเร็ว
โดยเฉลี่ยประมาณ 0.9 ไมล์ต่อชั่วโมง แต่ก็ไม่ได้เร็วกว่าที่ตัวเต็มวัยอย่างที่คาดไว้ “สิ่งเหล่านี้เป็นความเร็วและความเร่งที่สูงมากอย่างไม่น่าเชื่อสำหรับสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก แต่ก็ยังไม่สูงเท่าที่คุณคาดหวัง” แฮร์ริสันกล่าว อย่างไรก็ตามพวกมันเร็วกว่าความเร็วโดยรวมของสายพันธุ์อื่นที่มีขนาดใกล้เคียงกันห้าถึงสิบเท่า หากกุ้งตั๊กแตนวัยอ่อนเหล่านี้สามารถเจาะเหยื่อได้มาก แฮร์ริสันคาดการณ์ว่า “อาจเป็นไปได้ว่าไม่มีแรงกดดันให้เลือกเพื่อให้เร็วขึ้น”
เป็นไปได้เสมอที่เขากล่าวว่าในสภาพแวดล้อมที่เป็นธรรมชาติและภายใต้สถานการณ์ที่แตกต่างกัน—เช่น ถ้าตั๊กแตนตำข้าวตัวอ่อนกำลังใช้การโจมตีที่ดุดัน แทนที่จะใช้การป้องกัน—พวกมันอาจเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่า
Andy Suarez ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาเชิงบูรณาการที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยเขียนว่า “นี่เป็นการศึกษาที่ยอดเยี่ยมมาก” ในอีเมลถึง Popular Science “เกือบทุกอย่างที่เรารู้เกี่ยวกับกลไกพลังงานที่สะสมในสัตว์เหล่านี้มาจากตัวเต็มวัยของสัตว์บางชนิด การศึกษานี้เพิ่มความรู้นั้นด้วยการตรวจสอบระบบสปริงโหลดในตัวอ่อนของตั๊กแตนตำข้าวซึ่งมีขนาดเล็กกว่ามาก” Suarez ยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าผลการศึกษานี้สามารถช่วยให้วิศวกรออกแบบสิ่งต่างๆ เช่น หุ่นยนต์ความเร็วสูงขนาดเล็กหรือเครื่องมือผ่าตัดได้
“นี่เป็นพื้นที่ที่น่าสนใจจริงๆ สำหรับการทำความเข้าใจว่าวัสดุสามารถสร้างการเคลื่อนไหวที่เร็วมากได้อย่างไร” Patek กล่าว “และวิธีที่สัตว์หลีกเลี่ยงขีดจำกัดทางกายภาพ” บาคาร่า / เต็นท์หลังคารถ
