昆虫当中的超级英雄:研究人员发现切叶蚁精确裁剪技术的秘密

2023年07月06日 03:51 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

虽然它们可能不具备一跃而过高楼的能力,但切叶蚁无疑是昆虫世界的超级英雄。这些微小的力量可以拖动重达自身体重六倍的叶子碎片,它们用这些碎片来促进其巢穴中真菌的生长。然而,这些昆虫是如何确定它们用下颚精心修剪的叶子碎片的大小的?它们是用自己的身体作为一个简单的标尺,还是利用它们身体的位置信息来调整它们切割的程度,在肢解一片叶子时适应它的厚度?

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来自德国维尔茨堡大学的弗拉维奥-罗切斯知道昆虫在雕刻不同厚度的封口蜡膜(Parafilm)时改变了切割的轨迹,他决定找出这种具有工程师天赋的切叶蚁是如何控制它们修剪的部分的尺寸的。

他和他的同事Daniela Römer和Rebecca Exl(也来自维尔茨堡大学)在《实验生物学杂志》上发表了他们的发现:每只切叶蚁通过用它们的后腿抓紧叶子边缘的位置,同时在修剪时转动它们的身体来切割完美的叶子部分。

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图为切叶蚁在雕刻一块封口蜡膜。左上图:用近侧的后腿抓住Parafilm边缘开始切割。右上图:切到一半时,两只后腿都抓着边缘。左下图:切口基本完成,第二条后腿抓着边缘。右下图:切割完成。资料来源:Daniela Römer

但首先,研究人员需要了解这些昆虫是如何剪出常规的叶子碎片的。Exl用Parafilm制作了用于观察实验的假叶--薄叶(0.13毫米)一层,厚叶(0.38毫米)三层--用粉碎的荆棘叶或玫瑰油擦拭,使其对切叶蚁更有吸引力,并将其安装在实验室的Atta sexdens蚁群的觅食区。

一旦有切叶蚁爬上目标部位,Exl就取回假叶,并将其放置在一个摄像头前,以记录切叶蚁的动作。

起初,切叶蚁沿着叶子的边缘躺下,后腿和中腿在最靠近边缘的一侧抓Parafilm。然后,它向上剪断,逐渐旋转其身体,直到直立,因为它以弧形剪断,当其身体几乎垂直时,再接上第二条后肢动作。随着切叶蚁继续切割,它进一步旋转,最终将第一条后肢从叶子边缘释放出来,同时仍用第二条后肢抓着,直到它将身体旋转180度后切开叶子边缘,切断大块。

当Exl比较切叶蚁切割厚叶和薄叶的姿势时,它们意识到需要调整自己的技术,当遇到厚叶时,它们会蹲下腿以减少它们的触角,从而切割出更小的椭圆形状的碎片。

那么,切叶蚁是如何控制它们切下的碎片的大小的?关于它们的后腿抓着叶子边缘的位置的知识能否指导它们的切割轨迹?

这一次,Exl等到每只切叶蚁切到一半的时候,才在切叶蚁和假叶之间轻轻插入一张纸,让它在继续剪断的时候松手,在不知道自己的腿相对于叶子边缘的位置的情况下,一些切叶蚁剪出了较小的椭圆部分。

它们利用后腿抓着叶子边缘所提供的信息来指导它们的切割轨迹。然而,一些切叶蚁仍然能够切割出类似大小的碎片。

那么,切叶蚁是否使用其他感官信息来引导它们的轨迹?探测头部位置的颈部前部的毛发会不会有助于它们对切割方向的感觉?

Exl小心地剃掉这些毛发,再让切叶蚁切割一片假叶,同时用纸轻轻地把昆虫的四肢从边缘分离出来,这一次,切叶蚁完全失去了方向感,切出了随机形状的碎片,与它们之前切割的椭圆碎片完全不同。

这意味着切叶蚁依靠它们的腿和它们的头的位置所提供的关于叶子边缘位置的知识,来保持它们在曲线上切割,并确保它们永远不会切除超过它们特殊强度的碎片。

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