Ako striebornovlasé mravce porazili púštne horúčavy

Saharský strieborný mravec Poďakovanie: Norman Nan Shi a Nanfang Yu

Leto na Sahare je spaľujúce – teploty piesku sa môžu pohybovať medzi 149-158 stupňami Fahrenheita. Aj keď behanie cez africkú púšť na pravé poludnie môže znieť ako prianie smrti, pre saharského strieborného mravca je to prirodzené ( Cataglyphis bombycina ). Hmyz vychádza zo svojho hniezda v zemi, aby si na poludnie hľadal potravu, pričom je schopný odolať telesným teplotám až do približne 127 °F.

Tieto mravce, známe ako „termofilné lapače“, „zbierajú mŕtvoly iného hmyzu [väčšinou múch], ktoré podľahli tepelnému stresu,“ hovorí Rüdiger Wehner, profesor z Ústavu pre výskum mozgu na univerzite v Zürichu vo Švajčiarsku, ktorý študuje tepelne odolné druhy mravcov už takmer štyri desaťročia. 'Čím vyššia je teplota, tým viac potravy je pre nich okolo,' hovorí.

patsy palmer odchádzajúci z východniarov

Strieborný mravec si vyvinul niekoľko úprav, aby sa vyrovnal s extrémnym teplom, vrátane vlastnosti, ktorá inšpirovala jeho meno: chĺpky, ktoré sa strieborne lesknú na slnečnom svetle a ktoré husto pokrývajú jeho chrbát a boky. Mravec vyzerá ako „guľa ortuti kotúľajúca sa po zemi, pretože sa naozaj trblietajú,“ hovorí Wehner. In štúdia, ktorá sa nedávno objavila v Veda Wehner a kolegovia zistili, ako tieto chĺpky pomáhajú udržiavať mravce chladné, a zistili, že môžu prispieť k päťstupňovému poklesu telesnej teploty mravcov za bezvetria.

Najprv tím skúmal tvar a konfiguráciu vlasov. Skúmaním vzoriek mravcov pomocou rôznych zobrazovacích techník zistili, že každý vlas vyzerá ako predĺžený hranol s dvoma vlnitými stranami a jednou plochou stranou. Chĺpky sa ohýbajú od koreňov v 90-stupňovom uhle, pričom medzi telom mravca a plochou stranou folikulov pozdĺž ich dĺžky zostáva vzduchová medzera.

Vedci potom použili spektrometre na meranie odrazu svetla vo vzorkách mravcov s neporušenými chĺpkami, ako aj vo vzorkách, ktorým boli vlasy odstránené. Zistili, že chlpaté mravce odrážali 67 percent prichádzajúceho svetla v blízkom infračervenom a viditeľnom spektre, zatiaľ čo bezsrsté mravce rozptyľovali iba 41 percent tohto svetla.

Následné počítačové modelovanie ukázalo, že prizmatická štruktúra a usporiadanie vlasov - to znamená paralelné, ale nedotýkajúce sa tela - zvyšujú odraz tým, že zachytáva prichádzajúce svetlo a rozptyľuje ho von vo všetkých smeroch. Tento odraz tiež prepožičiava vlasom ich kovový lesk. (Výskumníci si stále nie sú istí, akú úlohu hrá zvlnenie na oboch stranách každého vlasu.)

V ďalšej časti štúdie tím zistil, že chlpy nielenže nechávajú mravce chladné odrážaním svetla, ale tiež umožňujú hmyzu odovzdávať teplo do chladnejšieho okolitého vzduchu vyžarovaním žiarenia v strednom infračervenom spektre (v tomto prípade , okolo 6-16 mikrónov) účinnejšie ako mravce bez vlasov.
„[Žiarenie] sa šíri s veľmi malým odrazom cez vlasový povlak a potom do vzduchu,“ hovorí Nanfang Yu, odborný asistent aplikovanej fyziky na Kolumbijskej univerzite v New Yorku a autor štúdie. Prečo však chĺpky neodrážajú tepelné žiarenie mravca späť do kože? Ukázalo sa, že vlnová dĺžka tohto žiarenia je oveľa väčšia ako prierez folikulov, ktorými prechádza. Výsledkom je, že v strednej infračervenej oblasti vlasy skutočne fungujú ako antireflexný povlak, hovorí Yu - ten, ktorý umožňuje žiareniu pohybovať sa z tela mravca do vzduchu relatívne bez prerušenia.

Strieborné mravce z tohto javu vyťažia maximum tým, že sa dostanú vysoko - to znamená, že sa presunú do vyvýšeniny na vrchole kameňov alebo vegetácie, kde je vzduch ešte chladnejší a teplo sa môže prenášať efektívnejšie. Akonáhle hmyz zníži svoju telesnú teplotu, uteká späť dole a hľadá po piesku ešte viac, až kým sa opäť nevyšplhá, pričom tento proces opakuje znova a znova, v horúcich dňoch asi 30 minút. 'Dokážu stráviť až 70 percent celého času, keď sú mimo hniezda, oddychom, ochladzovaním,' hovorí Wehner. 'Je to tepelne pevné lano, na ktorom sú tieto mravce.' (Zdravé telesné teploty počas hľadania potravy sa pohybujú od približne 118-124 °F.)

Chladivý efekt strieborných chĺpkov funguje v súlade s ďalšími úpravami, ktoré pomáhajú mravcom poraziť teplo. Po prvé, ich nohy sú neúmerne dlhé v porovnaní s ich telom, ktoré sa podľa Wehnera vznáša štyri milimetre nad zemou (priemerné telo mravca je zdvihnuté len do polovice tejto vzdialenosti). Vo „výške mravcov“ môže byť teplota vzduchu o 27 °F nižšia ako šumiaci piesok, hovorí.

Mravce môžu tiež bežať ako kuriatka, dosahujú maximálnu rýchlosť 70 centimetrov za sekundu (normálne behajú 20-30 cm/s). Ich pobehovanie vytvára vietor, ktorý im pravdepodobne pomáha ochladzovať sa konvekciou, pričom horúca vrstva vzduchu obklopujúca hmyz stúpa, pretože je menej hustá ako chladnejší vzduch. (Wehner poznamenáva, že tento účinok nebol v laboratóriu systematicky skúmaný.)

Zatiaľ čo niekoľko iných druhov mravcov môže tolerovať extrémne teplo, Wehner hovorí, že strieborný mravec je potenciálne jedinečný medzi svojimi príbuznými pre športové kovové vlasy. On a Yu plánujú ďalej študovať lesklé druhy v teréne pomocou infračervených kamier na meranie telesnej teploty hmyzu počas dňa.

Tím má tiež záujem použiť to, čo sa naučili o strieborných vlasoch, na vývoj optických povlakov, ktoré by sa dali použiť na pasívne ochladzovanie predmetov a materiálov. 'Možno jedného dňa budeš mať kožuch so striebornými vlasmi,' uvažuje Wehner.

tyger nakreslil medových rodičov

*Tento článok bol aktualizovaný 11. augusta 2015, aby odrážal nasledujúcu zmenu: Skoršia verzia uvádzala, že v strednej infračervenej oblasti chlpy mravca „v skutočnosti fungujú ako vákuové médium“. Táto fráza bola aktualizovaná, aby naznačovala, že chĺpky fungujú ako antireflexná vrstva (podobná tomu, čo môžete nájsť na okuliaroch na zníženie odleskov alebo odrazov).