Tylko 3 mm geniuszu

Jak się okazuje, pierwszą istotą, która wykorzystała będące podstawą dzisiejszych maszyn koło zębate, był pewien pluskwiak, mały skaczący owad. Skoczek mierzy sobie zaledwie trzy milimetry długości. Żeby dostrzec funkcjonujące w jego organizmie zębatki, dwóch biologów z Uniwersytetu Cambridge musiało użyć mikroskopu elektronowego.

To, co Malcolm Burrows i Gregory Sutton zobaczyli, było niesamowite. Dotychczas stosowanie tego typu rozwiązań mechanicznych było uważane za domenę wyłącznie ludzką. Jednak nawet tutaj natura zdołała nas wyprzedzić. "Zwykle myślimy o kole zębatym jak o elemencie mechanizmów tworzonych przez człowieka. Okazało się, że po prostu nie przyjrzeliśmy się przyrodzie wystarczająco uważnie" - napisał w notatce dla prasy Sutton.

Koło zębate powszechnie używane jest do synchronizacji dwóch poruszających się obiektów. Nie inaczej mają się sprawy u pluskwiaka z gatunku Issus coleoptratus. Zębatka umieszczona jest w górnym segmencie tylnych odnóży, których owad używa do wybijania się podczas skoku. Dzięki niej może synchronizować obie kończyny z dokładnością do 30 mikrosekund.


"Taka precyzja byłaby niemożliwa do osiągnięcia za pomocą systemu nerwowego, bo przesyłane za jego pośrednictwem impulsy biegną o wiele za wolno. Mechaniczna synchronizacja umożliwia owadowi wysyłanie do mięśni sygnału, by wygenerowały mniej więcej taką samą siłę. Następnie kiedy jedno odnóże zacznie się poruszać, koła zębate zapewniają doskonale zsynchronizowane wybicie się z obu - napisał prof. Burrows. - U tych owadów szkielet został wykorzystany do rozwiązania skomplikowanego problemu, z którym mózg i system nerwowy nie mogły sobie poradzić" - dodał.

Bez tej synchronizacji skoczka zniosłoby na lewo lub prawo.


Zębatka w tylnych odnóżach owada na zdjęciu z mikroskopu elektronowego.

Naukowcy zastosowanie zębatki odkryli w prosty, chociaż dość przerażający sposób. Impulsem elektrycznym stymulowali jedną kończynę martwego owada. Okazało się, że mimo to obie zadziałały równocześnie.

Jak się wkrótce okazało, jedno z najważniejszych osiągnięć technicznych człowieka u małego owada jest tylko przejawem młodzieńczej fantazji. Zębatka działa bowiem tylko u młodych osobników. Dorosłe już jej nie potrzebują, a sam system zanika - zęby po prostu się ścierają.

Zdaniem odkrywców wynika to z delikatności mechanizmu. Jego efektywność spada za każdym razem, gdy owad traci któryś z zębów na zębatce. Młode osobniki zrzucają twardą skórę, by mogły wciąż rosnąć. Za każdym razem, gdy to się dzieje, owad może odtworzyć brakujące zęby. W przypadku dorosłych pluskwiaków taka regeneracja byłaby już niemożliwa.


Tak działa zębatka pluskwiaka Issus Coleoptratus.