Legjobb tudomásunk szerint a mechanikus fogaskerekeket - az egyenletes méretű fogakat két különböző forgó felületre vágva, hogy egymáshoz rögzítsék őket - fordulási idejük körül - valamikor Kr. E. 300 körül találták fel az Alexandriában élő görög mechanikusok. Az elmúlt évszázadokban az egyszerű koncepció a modern technológia sarokkövévé vált, amely mindenféle gépet és járművet lehetővé tesz, beleértve az autókat és a kerékpárokat is.
Mint kiderült, az Issus coleoptratus néven ismert három milliméter hosszú ugráló rovar legyőz minket a találmánytól. Malcolm Burrows és Gregory Sutton, az Egyesült Királyságban a Cambridge-i Egyetem biológusai, felfedezték, hogy a fajok fiataljainak bonyolult sebességváltó rendszere van, amely rögzíti a hátsó lábaikat, lehetővé téve, hogy mindkét függelék pontosan ugyanabban a pillanatban forogjon, ami a apró lények előreugrik.
Issus coleoptratus
A fogaskerekek az egyes rovarok hátsó lábainak felső részén találhatók
A lelet, amelyet ma a Science közzétett, úgy gondolják, hogy ez az első funkcionális sebességváltó rendszer, amelyet valaha fedeztek fel a természetben. Az Issus nemzetségbe tartozó rovarokat, amelyeket általában „növényszárnyaknak” neveznek, Európában és Észak-Afrikában találhatók. Burrows és Sutton elektronmikroszkópokat és nagysebességű videofelvételeket használt a sebességváltó létezésének felfedezéséhez és annak pontos funkciójának meghatározásához.
Azt mondják, hogy a sebességváltás oka a koordináció: Az ugráshoz mindkét rovar hátsó lábának egy időben előre kell tolnia. Mivel mindkettő oldalirányban leng, ha az egyiket másodperc töredékével meghosszabbítják, mint a másiknál, akkor a rovarot jobbra vagy balra tolja el, ahelyett, hogy egyenesen előre ugrik.
A sebességváltó elegáns megoldás. A kutatók nagy sebességű videói azt mutatták, hogy a 8, 7 mérföld / órás sebességgel ugró lények ugráló helyzetbe kakasztják a hátsó lábaikat, majd előre tolják, mindegyik 30 mikrosekundumon belül mozogva (ez a másodperc 30 milliomod része). ) a másik.
A lábakban lévő finoman fogazott fogaskerekek lehetővé teszik ezt. " Issusban a csontvázat olyan összetett probléma megoldására használják, amelyre az agy és az idegrendszer nem képes" - mondta Burrows a sajtóközleményben.
A fogaskerekek a rovarok hátsó lábainak tetején vannak (a trochantera néven ismert szegmenseken), és 10–12 kúpos fogat tartalmaznak, amelyek mindegyike kb. 80 mikrométer (vagy méter 80 milliomodja). Az összes vizsgált Issus tartályban mindkét hátsó lábon azonos számú fog volt jelen, a fogaskerekek pedig szorosan össze vannak zárva. A fogak talán még filézett ívekkel vannak ellátva, ez az ember által készített mechanikus fogaskerekekbe beépített forma, mivel ez idővel csökkenti a kopást.
Annak megerősítésére, hogy a fogaskerekek ezt a funkciót hajtották végre, a kutatók egy ügyes (bár morbid) trükköt végzett néhány halott Issus- szal. Kézzel kakasztották fel a lábaikat ugró helyzetbe, majd az egyik lábban elektromosan stimulálták a fő ugró izomot úgy, hogy a láb meghosszabbodott. Mivel a fogaskerekek forgathatóan reteszelték, a másik nem stimulált láb is mozgott, és az elhullott rovar előreugrott.
A legfontosabb rejtély az a tény, hogy ugyanazon rovarfaj felnőttjeinek nincs semmiféle sebességváltó képességük - mivel a fiatal nők felnőnek és a bőrük megolvad, nem tudják újból megújítani ezeket a fogakat, és a felnőtt lábakat egy másik mechanizmus szinkronizálja ( egy sor kiálló rész mindkét hátsó lábtól kinyúlik, és a másik lábat működésbe helyezi).
Burrows és Sutton feltételezi, hogy ez magyarázható a fogaskerekek törékenységével: ha egy fog eltörik, ez korlátozza a kialakítás hatékonyságát. Ez nem olyan nagy probléma azoknak a fiatalkorúaknak, akik felnőttkoruk előtt többször keverik és növelik az új fogaskerekeket, ám az érett Issus számára a fogak cseréje lehetetlen - ennélfogva az alternatív elrendezés.
Volt olyan felszerelésszerű szerkezet, amelyet korábban találtak más állatokon (például a tüskés teknősnél vagy a kerékkorongnál), de tisztán díszesek. Úgy tűnik, hogy ez az első természetes kialakítás, amely mechanikusan működik, mint a hajtóműrendszereink.
"Általában a fogaskerekekre gondolunk, mint amilyeneket látunk az ember által tervezett gépekben, de azt tapasztaltuk, hogy ez csak azért van, mert nem nézünk ki elég keményen" - mondta Sutton. „Ezeket a fogaskerekeket nem tervezték; kifejlesztettek - képviselik a nagysebességű és precíziós gépeket, amelyeket az állatok szinkronizálására fejlesztettek ki. "
