В новом исследовании, опубликованном в Journal of Experimental Biology, ученые описали работу придатков филиппинских раков-богомолов Gonodactylaceus falcatus, которых они собрали на гавайском острове Оаху. Команда вырастила несколько представителей этого вида из яиц и под микроскопом наблюдала за ростом их ударного отростка.
На ногах у этих животных располагаются многочисленные придатки – они имеют размер менее миллиметра и развиваются после того, как личинка выходит из яйца. После «вылупления» Gonodactylaceus falcatus сразу начинает охотиться на организмы размером меньше песчинки с помощью этих придатков. Все благодаря одной их хитрой особенности.
Грудные придатки раков-богомолов по своей конструкции похожи на заряженный арбалет с болтом – мышцы притягивают твердую ударную часть к телу, а когда отпускают, та с силой бьет по цели. Так получаются нокаутирующие удары, которыми рак оглушает свою добычу. При ударе мышца сокращается, деформируя крошечный сегмент экзоскелета – жесткую кутикулу, покрывающую их тело. Это сжатие позволяет сохранять упругую энергию в заблокированном соединении. Как только такая «защелка» открывается, экзоскелет возвращается в свое естественное положение, резко продвигая придаток вперед на сверхбыстрой скорости.
Команда сняла высокоскоростное видео с высоким разрешением, чтобы проследить механизм нанесения ударов личинками раков-богомолов. Для этого их пришлось закрепить клеем на специально подготовленной поверхности, чтобы они оставались в кадре и в фокусе.
«Хотя мы довольно хорошо знаем о том, как он [придаток] действует у взрослых особей, у нас не было четкого представления о том, как он развивается», – Джейкоб Харрисон, ведущий автор исследования.
Когда взрослые раки-богомолы наносят серию ударов, кончики их придатков могут рассекать воду со скоростью около 80 км/ч. Но математическая модель, опубликованная в 2018 году, позволяет предположить, что детеныши раков-богомолов могут наносить даже более быстрые удары.
Модель показывает, что эти хитрые механизмы должны, как правило, становиться менее эффективными при больших размерах тех, кто их использует. Следовательно, маленькие пружинки с меньшей массой генерируют более высокое ускорение? Однако этого не происходит в случае с раками-богомолами.
Харрисон объясняет, что это несоответствие может быть связано с несколькими факторами. Мышцы личинок могут быть слишком маленькими, чтобы эффективно нагружать очень жесткую пружину, или сопротивление воды при их небольшом размере может быть слишком высоким, чтобы их удары могли достигать скорости, которой достигают более крупные особи.
«У этих пружинных и защелкивающихся конструкций есть лимиты, которые мы не полностью понимаем. Но всякий раз, когда биология в реальности отклоняется от теоретических моделей, она указывает нам на довольно интересные сферы, которые мы должны изучить», – Джейкоб Харрисон.
По словам соавтора исследования Роя Колдуэлла, личинки креветок-богомолов представляют особый интерес, поскольку имеют прозрачный экзоскелет, в отличие от взрослых особей. Это позволяет в мельчайших подробностях отследить развитие их тел.
Ранее было известно, что G. falcatus проходят шесть личиночных стадий, каждая из которых отмечена линькой экзоскелета. Команда обнаружила, что на первой и второй стадии личинки сбивались в кучу на дне резервуара; к третьему этапу они начинали плавать, но ударов не наносили.
Но к четвертому этапу, примерно с 9 по 14 день своей жизни, «личинки начали наносить удары и размахивать своими хищными придатками, плавая в воде», пишут авторы работы. К этому моменту ударные придатки полностью сформировались и очень напоминали взрослые с точки зрения строения. В этот момент каждая личинка была размером с рисовое зерно.
Авторы работы отмечают, что исследование было некоторым образом ограничено. Во время съемки раки-богомолы наносили защитные удары, чтобы защититься от зубочисток, которыми раздражали их ученые. Однако ученым известно, что у взрослых особей есть способность изменять силу удара в зависимости от того, для чего он используется. Так что скорость удара может несколько отличаться в зависимости от его цели.
