Emme ole koskaan aikaisemmin nähneet näin yksityiskohtaisesti tapaa, millä kärpänen käyttää lihaksiaan siipiensä liikuttamiseen lennon aikana. Oxfordin yliopiston eläimien lentoon erikoistunut tutkimusryhmä onnistui paitsi saamaan suurnopeusvideolle lentävän kärpäsen, niin myös tekemään videon siitä kolmiulotteisella röntgentomografialla. Huimaa!

Tarkalleen ottaen tutkimusryhmään kuuluu jäseniä Oxfordin yliopiston lisäksi Imperial Collegesta ja sveitsiläisestä Paul Scherrer -instituutista, ja työhän käytettiin jälkimmäisessä olevaa tehokasta synkrotronia, joka tuotti tarpeeksi voimakasta röntgensäteilyä kuvaamiseen.

Ryhmän kärpäsen lentoa kuvaava artikkeli ilmestyi eilen PLOS Biology -julkaisussa.

Myös alla oleva video (New Scientist -lehden YouTubeen laittamana) näyttää erinomaisesti miten luonnon eräs monimutkaisimmista hermoista ja lihaksista koostuva järjestelmä toimii: miten pienikokoinen hyönteinen liikuttaa siipiään ja hallitsee lentoaan.

Kärpänen tekee siivillään noin 150 kertaa sekunnissa, ja jokaisen lyönnin aikana se käyttää paitsi suurimpia lihaksiaan, niin myös  useita pieniä ohjauslihaksia. Kärpäsen lähes koko keskiruumiin kokoiset isot lihakset siis tuottavat lentämiseen vaadittavan voiman, mutta ihmisen hiustakin ohuemmat pikkulihakset toimivat ohjaimina. Siivissä ei ole lihaksia, vaan kärpänen hallitsee lentoaan näillä pienillä lihaksilla, jotka kääntävät siipiä juuri oikealla tavalla.

"Näitä ohjauslihaksia ei näy plain silmin, mutta ne tulevat hyvin esiin röntgensäteilyllä", sanoo tutkija Rajmund Mokso PSI:stä.

"Saimme ne näkyviin koejärjestelyssämme, missä lentävää kärpästä voitiin pyörittää ympäri ja kuvata eri kuvakulmista suurnopeusradiografeilla. Kun koostimme saadut kuvat yhteen, saimme tulokseksi 3D-visualisoinnin siitä miten kärpänen käyttää lihaksiaan lentäessään."

Ohuen varren päähän kiinnitetty kärpänen reagoi pyörittämiseen ja koitti korjata lentosuuntaansa, jolloin erityisesti ohjauslihasten toiminta saatiin näkyviin. Tätä ei ennen ole onnistuttu näkemään.

"Ohjauslihasten massa on vain noin 3 % kaikista lentämiseen vaadittavista lihaksista", kertoo tutkimusta johtanut Graham Taylor, Oxfordin yliopiston professori. "Ihmettelimme sitä miten pikkulihakset pystyvät hallitsemaan niin hyvin suurten lentämiseen vaadittavien voimalihasten toimintaa. Voimalihakset toimivat symmetrisesti, mutta ne liikuttavat jokaista siipeä eri tahdissa, jolloin ohjauslihakset pystyvät saamaan käyttöönsä osan lentolihasten voimasta käyttöönsä siipien räpytysten välissä."

Tutkimus paitsi auttaa ymmärtämään paremmin hyönteisten lentoa, niin myös tekee mahdolliseksi mikromekaanisten laitteiden paremman suunnittelun.

"Kärpäsen siiven kiinnityskohta sen kehoon on ken ties eräs monimutkaisimmista ja kestävimmistä liikkuvista liitoksista luonnossa", väittää artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Daniel Schwyn. "Luonnolta on kestänyt 300 miljoonaa vuotta sen kehittämiseen ja se poikkeaa dramaattisesti vastaavista laitteista, joita ihminen on tehnyt."

Olennaisinta mikromekaniikan kannalta löydössä on se, jokainen lihas supistuu ja venyy vain yhteen suuntaan, mutta niiden yhteisvaikutus synnyttää monimutkaisen siipien liikeoskillaation, joka on kolmiulotteinen ja muuttuu jatkuvasti lentotilanteen muuttuessa. Insinöörit haluaisivat myös käyttää pieniä moottoreita, jotka synnyttävät vain edestakaista liikettä, monimutkaisten liikesarjojen tekemiseen.

Videolla lentolihakset on merkitty punaisella, oranssilla ja keltaisella, ja pienemmät ohjauslihakset vihreällä, sinisellä ja violetilla. Kuvissa näkyy vain kärpäsen keskiruumis.

Viite: PLoS Biology, DOI: 10.1371/journal.pbio.1001823

Viidakossa kuhisee! Belizessä elävät Geoffreyn hämähäkkiapinat ovat ihmisen lisäksi ainoa eläinlaji, jonka tiedetään systemaattisesti pitävän laumoissaan naaraita ja uroksia erilillään toisistaan ja kohtelevan eri sukupuolia eri tavoilla. Apinoilla syynä on nähtävästi se, että urokset muuttuvat väkivaltaisiksi, mikäli ne ovat liian kauan yhdessä naaraiden kanssa.

Nämä hämähäkkiapinat, tieteelliseltä nimeltään Ateles geoffroyi, elävät yleensä parinkymmenen yksilön laumoissa ja jo aikaisemmin on ollut havaintoja siitä, että niissä urokset ja naaraat ovat usein erillään toisistaan. Calgaryn yliopiston tutkija Kayla Hartwell halusi ottaa asiasta kunnolla selvää, ja vietti lähes kaksi vuotta viidakossa tutkien 34 apinan laumaa.

Hattwell huomasi, että lauman urokset ja naaraat elivät lähes kokonaan erillään toisistaan 15 kuukautta niistä 23 kuukaudesta, joita apinoita tarkkailtiin. Urokset ja naaraat olivat yhdessä lähinnä vain parittelun aikaan sekä silloin, kun ruoka oli vähissä. Muutoin urokset viettivät aikaa keskenään ja naiset sekä lapset olivat omissa oloissaan.

"Urokset ja naaraat ovat kehittyneet niin erilaisiksi käytökseltään, että ne yhdessäolosta tulee nopeasti vihamielistä", selitti Hartwell New Scientist -lehdelle.

Urokset ovat ystävällisiä toisilleen, viettävät aikaansa toisaan nyppien ja nukkuvat yhdessä. Ollessaan naaraiden kanssa samassa paikassa ne kuitenkin  muuttuvat aggressiivisiksi ja yrittävät heti dominoida naaraita.

Hartwellin mukaan urokset käyttävät paljon energiaansa lauman alueen suojaamiseen ja kilpailevien laumojen urosten häätämiseen pois, joten ne syövät naaraita paremmin muun muassa kypsiä hedelmiä. Naaraille jää siten vain heikompiravinteista ruokaa, maahan pudonneita ylikypsiä hedelmiä ja lehtiä. Naaraat liikkuvat vähän ja ovat pääasiassa lapsien kanssa, joten ne nähtävästi hyväksyvät tilanteen ja ovat mieluusti urosten suojaamina turvassa omissa oloissaan. Näin naaraiden ei tarvitse myöskään kärsiä uhkaavasti käyttäytyvistä oman laumansa uroksista.

Tutkimus ilmestyi International Journal of Primatology -julkaisussa (DOI: 10.1007/s10764-013-9746-0).

Otsikkokuva: Flickr / mattschepeleff

Tämä ötökkä on Proceroplatus preziosii, aikaisemmin tuntematon kärpänen, joka on kotoisin Dominikaanisesta tasavallasta, ja joka on nimetty sen tutkimiseen suuresti vaikuttaneen professori Richard Preziosin mukaan.

Kärpänen löydettiin 16 miljoonaa vuotta vanhasta meripihkapalasesta ja sitä tutkinut Manchesterin yliopiston tutkija, tohtori Dave Penney päätti nimetä sen 20 vuoden ajan hyönteisiä tutkineen ja yli 40 aikaisemmin tuntematonta lajia löytäneen professorin mukaan.

Lisää tietoa kärpäsestä ja sen historiasta on Manchesterin yliopiston tiedotteessa "Scientist names new fly species after the Professor who has supported his work"

Kuvassa on hyppyhämähäkkinaaraan (Salticidae) pää, missä on neljä silmää. Niitä on paitsi neljä, niin myös silmät ovat ovat suhteessa varsin suuret. Todennäköisesti hyppyhämähäkeillä on kaikista niveljalkaisista paras näköaisti. Pään etuosan suurilla pistesilmillä on tarkka mutta kapea näkökenttä, jota pienemmät silmät kuitenkin levittävät. Ne suuntaavat katseensa silmien kääntämisen sijaan verkkokalvoa siirtämällä.

Testien mukaan hyppyhämähäkit kykenevät näkemään valon polarisaation ja ultraviolettivalon aallonpituuksia. Näköaistin tiedonkäsittely viekin suuren osan niiden aivokapasiteetista.

Kuva: Thomas Shahan

Tämä on aivan liian seksikäs eläintieteellinen aihe: koska nektarin imeminen on vaikeaa, on lepakon kieli karvainen ja sillä on tuhatkunta erektiota.

Brown-yliopiston tutkijat ovat kuvanneet suurnopeuskameroilla miten lepakko käyttää kieltään, kun se syö, ja he ovat suorastaan äimistyneitä siitä, miten lepakko pystyy muuttamaan kieltään syömisen aikana, jotta se kykenee kaapimaan kukkien ja kasvien mettä. Todennäköisesti teollisiin sovelluksiin vielä päätyvä tutkimus julkaistiin viime viikolla PNAS-julkaisusarjassa.

Lepakot, kuten kolibrit ja erilaiset pörriäiset, juovat kukkien mettä samalla ilmassa paikallaan pysytellen. Paitsi että leijuminen ilmassa paikallaan on työlästä, on yhdestä kukasta saatavan meden määrä varsin pieni, joten ne joutuvat vierailemaan monien kukkien luona saadakseen riittävästi ravintoa. Siksi ei ole ihme, että niille on kehittynyt vähitellen erittäin tehokas ja nopea tapa syödä. Tai tarkasti ottaen niiden kieli, jolla ne lipovat mettä suuhunsa, on kehittynyt varsinaiseksi mesimopiksi.

Kolibreilla kieli on halkinainen, jolloin kieleen ja sen rakoon tarttuu paljon mettä kerrallaan. Ampiaisille ja mehiläisillä on harjamainen osa kielen päässä, mihin tarrautuu runsaasti mettä.

Lepakoilla on kielissään samankaltainen karvainen osa, jonka on tähän saakka arveltu lisäävän medensyöntitehokkuutta lähinnä siksi, että karvojen ansiosta pinta-ala, mihin neste voi tarrautua, on suurempi.

Edeltävä pitää edelleen paikkansa, mutta tuoreessa tutkimuksessa äkättiin, että kielessä on karvojen lisäksi tuhansia pieniä karvamaisia putkiloita, jotka näyttävät hieman omituisilta kampamaisilta ulokkeilta. Syödessä ne jähmettyvät joka kerta kun lepakko lappaa mettä suuhunsa. Kielen työntyessä ulos suusta ovat ulokkeet ensin lerppuina kielen pinnalla, mutta juuri ennen kuin kieli on täysin ulkona, valmiina ottamaan mettä, ulokkeet ponnahtavat pystyyn, jolloin kielen pintaan tarttuu runsaasti mettä.

Nopeasti ajatellen ilmiö perustuu meden pintajännitykseen, eli sen jännityksen ansiosta mettä tarttuisi enemmän pinta-alaltaan suurempaan ja rosoiseen pintaan, mutta kieli näyttää toimivan myös silloin, kun kieli ei ylety nesteeseen. Kun kuvaamisen lisäksi tutkijat katsoivat kielen rakennetta tarkemmin, kielen jähmettyvät putlikot paljastuivat hyvin mutkikkaiksi elimiksi: niissä on verenkiertoa ja hermostoa, ja ne ponnahtavat pystyyn hemodynaamisesti, eli veren hydraulisesti pumppaamana (siis hieman samaan tapaan kuin miehen penis).

Kieli toimii myös autonomisesti, sillä kun kuolleen lepakon kielelle pudotettiin mettä muistutavaa nestettä, kielen pumppaussysteemi toimi, eli kielessä ollut veri pakkaantui putkiloihin. Nähtävästi kielen poistuessa suusta sen lihashermot ensin rentouttavat putkilot ja sitten saavat veren ponnauttamaan ne pystyyn. Tähän kuluu vain 100 millisekuntia, eli vajaa neljäsosa ajasta, mikä kuluu silmän räpäyttämiseen.

Seuraavassa videossa Glossophaga soricina, pienikokoinen Keski- ja Etelä-Amerikassa esiintyvä lepakko latkii mettä suurnopeusvideolla hidastettuna: