Муравьи рода одонтомахус (Odontomachus) широко известны своими удивительными мандибулами, которые захлопываются за долю секунды. Благодаря этой анатомической особенности одонтомахусы могут охотиться даже на очень резвую добычу, которой достаточно оказаться в зоне досягаемости.
Тем не менее нанесение таких баллистических ударов сопряжено с риском. Биологи знают, что челюсти муравья представляют собой относительно простые рычаги с пружинным приводом, каждый из которых фиксируется на месте защелкой, предназначенной для освобождения в тот момент, когда добыча окажется рядом. Сила челюстей одонтомахусов настолько велика, что при малейшей ошибке в смыкании муравей рискует пересилить прочность материала, из которого состоят его челюсти, и в буквальном смысле разорвать свою голову пополам.
Однако этого не происходит: хотя муравей Odontomachus brunneus захлопывает свои челюсти со скоростью 196 километров в час, при этом может наносить несколько ударов подряд, его голова остается в полном порядке, и теперь ученые решили выяснить, почему. Для этого они аккуратно закрепили насекомых перед высокоскоростной камерой, снимающей со скоростью 300 тысяч кадров в секунду, чтобы зафиксировать момент захлопывания смертоносных челюстей.
Оказалось, что секрет муравья одонтомахуса — в поразительной точности его движений: челюсти идут на сближение по идеальной дуге, при этом гигантская мышца в голове муравья, составляющая до 14% его общего веса, обеспечивает примерно половину энергии, необходимой для смыкания челюстей. Откуда берется все остальное? Из самой головы: поскольку муравей постоянно передвигается с раскрытыми челюстями, его голова при этом слегка деформируется (всего на несколько микрометров, но это довольно много для существа, длиной не больше сантиметра), что позволяет запасать упругую энергию в самом хитиновом экзоскелете.
Таким образом одонтомахусы сумели идеально сбалансировать противодействующие силы и добиться высочайшей скорости движений без вреда для себя. Возможно, аналогичный механизм используют и другие насекомые, а в ближайшем будущем смогут применять и люди, например в микроробототехнике для повышения многофункциональности, точности и долговечности сверхбыстрых систем.
Исследование опубликовано в журнале Journal of Experimental Biology.