研究發現螳螂蝦幼體在其捕肢中使用LaMSA機制“快速出擊”
據外媒報導,成年螳螂蝦在發動攻擊時相當有力,但沒有一種甲殼類動物會完全成形。微小的螳螂蝦幼體可以經歷六或七次轉變,然後才出現為發育完全的成體,而且四肢和機動性也隨著時間的推移而發展。那麼,螳螂蝦幼體何時獲得粉碎其食物的能力,這些迷你甲殼類動物的“拳頭”有多大威力?
美國杜克大學的Jacob Harrison說:”我們知道螳螂蝦幼體有這些美麗的捕肢;夏威夷大學的Megan Porter和Eve Robinson幾年前曾拍攝過幾段正常的打擊視頻。”因此,他收拾好Sheila Patek的高速攝像機和高分辨率鏡頭,前往夏威夷調查這種發育中的甲殼動物的動作。
該團隊在《實驗生物學雜誌》上發表了他們的發現,即微小的螳螂蝦幼體在孵化9天后就可以開始釋放它們的彈道打擊,並顯示肢體達到2200萬deg/s2的爆炸性加速度,移動速度約為0.385米/秒,這比它們吃的幼蟲“點心”快5-10倍。
Harrison說:”收集幼體可能是非常棘手的,”他回顧了他和Porter如何在夜間用燈光誘使這些微小的生物進入他們的網中。問題是,這些甲殼類動物與其他幼蟲動物組成的’諾亞方舟’一起出現。” Harrison笑著說:”在一個充斥著螃蟹、蝦、魚和蠕蟲的幼體的桶中篩選出螳螂蝦,這可能是令人難以置信的挑戰。
然後,他需要一種技術,將Gonodactylaceus falcatus幼體固定在相機上。“我不得不把4毫米大小的幼體粘在牙籤上,把它放在一個定制設計的裝置上,並在開始收集數據之前把個體放在攝像機鏡頭的視野範圍內。” Harrison回憶說:“我們花了大約一年的時間來解決設置攝像機的正確方法,然後才知道我們可以拍攝這些視頻。”
分析這些高速影片後, Harrison, Patek 和Matt McHenry (美國加州大學爾灣分校)可以看到捕肢第一部分的一個區域彎曲以儲存能量–就像一個彈簧–因為幼體纏繞在棒狀肢體上準備彈跳。然後,幼體釋放了一個將捕肢固定住的內部“鎖扣”,釋放了儲存的能量並將肢體彈射出去。事實上,幼體的捕肢及其運作方式與成蟲的捕肢非常相似,只是規模縮小了。
最令人興奮的是,研究小組意識到,他們可以看到幼體的微小肌肉在弓起外骨骼時的收縮,這只有在成年螳螂蝦中才能想像得到:”我們感到很驚訝,”Harrison說。
但是,這些微小的幼體是何時發展出一擊消滅獵物的能力的?在夏威夷海岸附近,Harrison找到了一隻抱卵母蝦,並取回了她的卵墊,但當它們到達杜克大學時,這些卵子已經孵化了。
Harrison回憶說:”我們不確定我們能在實驗室裡保持幼體的活力。然而,他耐心地培養這些幼體,直到它們成功發育到28天大的幼體,並發現只有在幼體開始進食時,即大約9-15天時,肢體才會完全運作。結果還發現,幼體可以以大約16500deg/s的旋轉速度投擲肢體,其脫水加速度與成體一樣快。然而,它們較小的身材意味著肢體的移動速度約為0.385米/秒,這比成體要慢,但對於一個4.2毫米長的生物來說仍然相當快。即使在它們最小的時候,也無法逃脫這些以“彈簧”為動力的捕食者。