昆蟲當中的超級英雄:研究人員發現切葉蟻精確裁剪技術的秘密
雖然它們可能不具備一躍而過高樓的能力,但切葉蟻無疑是昆蟲世界的超級英雄。這些微小的力量可以拖動重達自身體重六倍的葉子碎片,它們用這些碎片來促進其巢穴中真菌的生長。然而,這些昆蟲是如何確定它們用下顎精心修剪的葉子碎片的大小的?它們是用自己的身體作為一個簡單的標尺,還是利用它們身體的位置信息來調整它們切割的程度,在肢解一片葉子時適應它的厚度?
來自德國維爾茨堡大學的弗拉維奧-羅切斯知道昆蟲在雕刻不同厚度的封口蠟膜(Parafilm)時改變了切割的軌跡,他決定找出這種具有工程師天賦的切葉蟻是如何控制它們修剪的部分的尺寸的。
他和他的同事Daniela Römer和Rebecca Exl(也來自維爾茨堡大學)在《實驗生物學雜誌》上發表了他們的發現:每隻切葉蟻通過用它們的後腿抓緊葉子邊緣的位置,同時在修剪時轉動它們的身體來切割完美的葉子部分。
圖為切葉蟻在雕刻一塊封口蠟膜。左上圖:用近側的後腿抓住Parafilm邊緣開始切割。右上圖:切到一半時,兩隻後腿都抓著邊緣。左下圖:切口基本完成,第二條後腿抓著邊緣。右下圖:切割完成。資料來源:Daniela Römer
但首先,研究人員需要了解這些昆蟲是如何剪出常規的葉子碎片的。Exl用Parafilm製作了用於觀察實驗的假葉–薄葉(0.13毫米)一層,厚葉(0.38毫米)三層–用粉碎的荊棘葉或玫瑰油擦拭,使其對切葉蟻更有吸引力,並將其安裝在實驗室的Atta sexdens蟻群的覓食區。
一旦有切葉蟻爬上目標部位,Exl就取回假葉,並將其放置在一個攝像頭前,以記錄切葉蟻的動作。
起初,切葉蟻沿著葉子的邊緣躺下,後腿和中腿在最靠近邊緣的一側抓Parafilm。然後,它向上剪斷,逐漸旋轉其身體,直到直立,因為它以弧形剪斷,當其身體幾乎垂直時,再接上第二條後肢動作。隨著切葉蟻繼續切割,它進一步旋轉,最終將第一條後肢從葉子邊緣釋放出來,同時仍用第二條後肢抓著,直到它將身體旋轉180度後切開葉子邊緣,切斷大塊。
當Exl比較切葉蟻切割厚葉和薄葉的姿勢時,它們意識到需要調整自己的技術,當遇到厚葉時,它們會蹲下腿以減少它們的觸角,從而切割出更小的橢圓形狀的碎片。
那麼,切葉蟻是如何控制它們切下的碎片的大小的?關於它們的後腿抓著葉子邊緣的位置的知識能否指導它們的切割軌跡?
這一次,Exl等到每隻切葉蟻切到一半的時候,才在切葉蟻和假葉之間輕輕插入一張紙,讓它在繼續剪斷的時候鬆手,在不知道自己的腿相對於葉子邊緣的位置的情況下,一些切葉蟻剪出了較小的橢圓部分。
它們利用後腿抓著葉子邊緣所提供的信息來指導它們的切割軌跡。然而,一些切葉蟻仍然能夠切割出類似大小的碎片。
那麼,切葉蟻是否使用其他感官信息來引導它們的軌跡?探測頭部位置的頸部前部的毛髮會不會有助於它們對切割方向的感覺?
Exl小心地剃掉這些毛髮,再讓切葉蟻切割一片假葉,同時用紙輕輕地把昆蟲的四肢從邊緣分離出來,這一次,切葉蟻完全失去了方向感,切出了隨機形狀的碎片,與它們之前切割的橢圓碎片完全不同。
這意味著切葉蟻依靠它們的腿和它們的頭的位置所提供的關於葉子邊緣位置的知識,來保持它們在曲線上切割,並確保它們永遠不會切除超過它們特殊強度的碎片。