Mrówka – niezwykły owad

Mała mrówka niesie kawałek zielony listek, wykopuje tunel, by wciągnąć go pod ziemię. Setki kilometrów dalej jej kuzynka wychodzi w poszukiwaniu jedzenia na gorące piaski pustyni. Co w tym niezwykłego? I jaką korzyść może odnieść z tego człowiek? Dziś przybliżymy niezwykłe właściwości i umiejętności niepozornych owadów, które żyją na Ziemi już 140 milionów lat. Towarzyszyły więc dinozaurom, oglądały ich zagładę, widziały pojawienie się człowieka i zapewne zobaczą jego zagładę… Szacuje się, że obecnie na naszej planecie żyje ponad 22 tysięcy gatunków mrówek, z których ponad 12,5 tysiąca zostało sklasyfikowanych. W Polsce mamy 103 gatunki.

Portret mrówki

Na temat mrówek napisano już wiele opracowań. Większość ludzi zna ich budowę, zwyczaje społeczne i tryb życia. Niektórzy potrafią zaliczyć tego owada do rzędu błonkówek i podrzędu trzonkówek. Ale chociaż na świecie żyją aż 22 tysiące gatunków mrówek (z czego w Polsce 103 gatunki), niewielu z nas wie, jakie znaczenie przy dźwiganiu ciężarów ma szyja mrówki, jak wykorzystuje ona swoje czułki do drążenia tuneli oraz że jeden z jej gatunków potrafi wytrzymać temperaturę ponad 50ºC.

Przyjrzyjmy się jej bliżej, a przekonamy się, że możemy się od niej wiele nauczyć.

Niezwykle wytrzymała szyja

Mrówka może udźwignąć ciężar przekraczający masę jej ciała od 5 do 20 razy. Naukowcy odkryli, że jej szyja odgrywa w tym kluczową rolę.

Dzięki zdjęciom mikrotomograficznym udało się stworzyć komputerowy model budowy mrówki i przeprowadzić symulację sił wytwarzanych przez tego owada podczas noszenia ładunków. Można było również ustalić, że w szyi mrówki tkanki miękkie łączą się z twardymi tkankami głowy i tułowia tak, jak palce splecionych ze sobą dłoni. Dzięki tej niezwykłej budowie, współpraca między tkankami jest efektywniejsza a cała konstrukcja bardziej wytrzymała. Pozwala to temu niewielkiemu owadowi znacznie obciążać staw i unosić w szczękach olbrzymie ciężary.

Czy wiedzę tą udało się badaczom wykorzystać?

Tak. Jedna z firm zajmujących się robotyką stworzyła tzw. bioniczne mrówki. Zbudowano je z plastiku metodą druku laserowego i spiekania 3D. Wewnątrz te małe roboty wypełnione są układami elektrycznymi, odpowiedzialnymi za poruszanie się modelu. BionicANT’s wyposażone są również w antenkę pozwalającą na ładowanie indukcyjne, ceramiczne siłowniki zamontowane w nóżkach i chwytaku, mocne szczęki na podbródku oraz kamery i czujniki pomagające ustalić położenie i wymiary podnoszonego przedmiotu.

Te miniaturowe roboty potrafią podnosić duże obiekty, podobnie jak inne, zbudowane również dzięki obserwacji budowy i zachowań mrówki. Amerykańscy naukowcy stworzyli nawet prototypy robotów, które potrafią przeciągnąć dwutonowy samochód!

Jednak prace tych badaczy służą wyższym celom. Mają oni nadzieję, że mechaniczne mrówki będą w przyszłości wspierać ludzi w ciężkiej pracy lub pomagać im dotrzeć w trudno dostępne miejsca, np. w czasie akcji ratowniczych.

Czułki sprawnych kopaczy

Oprócz genialnie zbudowanej szyi, mrówki wyposażone są również w niezwykłe czułki. Te tzw. dodatkowe kończyny mają rozmaite funkcje. Między innym pełnią rolę podpory przy upadku. Pomagają też wykopać taki tunel, który pozwala na sprawne i bezpieczne przemieszczanie się.

Jak odkryli to naukowcy?

Podczas badań zakładano mrówcze farmy w szklanych pojemnikach wypełnionych piaskiem i ziemią. Zachowanie mrówek było cały czas monitorowane i nagrywane, dzięki czemu badacze zauważyli liczne potknięcia i upadki tych owadów. Jednak za każdym razem mrówki bardzo szybko się podnosiły. Dlaczego?

By poznać odpowiedź na to pytanie naukowcy prześwietlili pojemniki i stworzyli trójwymiarowy model tuneli. Okazało się, że każdy z nich ma jednakową średnicę, niezależnie od podłoża, w którym jest wykopany. Dzięki temu, że średnica ta ma mniej więcej długość ciała mrówki, jest ona w stanie w sprawny sposób wyhamowywać upadek. Niemałą rolę w kopaniu takich właśnie przejść mają czułki, które pozwalają ustalić owadowi odpowiednią szerokość otworu.

Co więcej, tunele kopane przez mrówki nie zawalają się, nawet jeśli podłoże jest sypkie.

Naukowcy odkryli w tym inspirację do konstruowania robotów poszukiwawczych i ratunkowych, które potrafiłyby radzić sobie w złożonym środowisku. Byłyby one pomocne w poszukiwaniach odbywających się w gruzie i osuniętej ziemi oraz w tworzeniu tymczasowych schronień i pomieszczeń dla zasypanych osób.

Odporny system termiczny

Temperatura panująca w dzień na Saharze sięga 50ºC. Większość owadów i innych zwierząt nie jest  w stanie przeżyć w takich warunkach i desperacko szuka cienia. Jednak saharyjskie mrówki srebrne (Cataglyphis bombycina) właśnie wtedy wychodzą z gniazd, by szukać pożywienia. Najczęściej zjadają padliny innych owadów, zabitych przez upał. Ich spacery nie są długie, ale za to żwawe i owocne.

Co sprawia, że mrówki te wytrzymują tak wysokie temperatury?

Uczeni obserwujący te owady zauważyli, że ich grzbiet i boki pokryte są warstwą specjalnych włosków. W rzeczywistości są to malutkie rurki (widoczne jedynie pod mikroskopem elektronowym), które nadają temu gatunkowi srebrzysty kolor. Rurki te są trójkątne. Jedna strona przylegająca do ciała jest gładka a pozostałe dwie pokryte wzdłuż mikroskopijnymi zmarszczkami. Dzięki takiej budowie, włoski są w stanie odbić promienie słońca i oddawać ciepło ciała na zewnątrz a tym samym schłodzić mrówkę o 5 do 10ºC.

Co więcej, spód ciała mrówki jest gładki, może więc odbijać promienie podczerwone emitowane przez pustynne piaski. Do tego, ich odnóża są długie i szybkie, chronią więc owada przed poparzeniem od podłoża. A specjalne białka w ich ciele sprawiają, że może wytrzymać temperaturę nawet do 53,6ºC .

Naukowcy badający specjalną budowę mrówek pokusili się nawet o eksperyment, który potwierdził ich teorię. Jedna z mrówek została ogolona z włosków maleńkim skalpelem i umieszczona pod lampą. Okazało się, że jej temperatura gwałtownie wzrosła!

Czy unikalne owłosienie saharyjskiej mrówki może w jakiś sposób pomóc ludziom?

Okazuje się, że tak. Specjaliści opracowali technologie, które mogą się przyczynić do poprawienia komfortu ludzi poprzez obniżanie temperatury ciała podczas upałów. Co więcej, zastosowanie ich na większą skalę pomoże również zaoszczędzić energię.

Specjaliści twierdzą, że organizm ludzki emituje promieniowanie cieplne w podczerwieni, czyli oddaje ciepło w sposób idealny. Jednak ubrania, które nosi człowiek, skutecznie blokują to promieniowanie i przyczyniają się do podnoszenia ciepłoty ciała.

Aby temu zapobiec stworzono nanoporowaty polietylen (nanoPe), materiał zawierający mikroskopijne pory, które umożliwiają swobodne przechodzenie promieni podczerwonych. Badania wykazały, że gdyby wszyscy ludzie pracujący w danym budynku mieli na sobie ubrania wyprodukowane w tej technologii, można by było zredukować działanie klimatyzacji, zmniejszając temperaturę powietrza od 1 do nawet 4ºC. Pozwoliłoby to na oszczędzenie nawet do 45% energii potrzebnej do chłodzenia budynku!

Materiał ten jest jeszcze w fazie badań. Wciąż udoskonala się np. barwniki potrzebne do produkcji kolorowych ubrań oraz modyfikuje się sam materiał, by zwiększyć komfort jego noszenia.

Jednak zarówno stworzenie nanoPe, jak i zaprojektowanie małych robotów zdolnych podnosić wielkie ciężary i kopać trwałe tunele, pokazuje, że ludzie mogą się wiele nauczyć od tak małych stworzeń jak mrówki.

Mrówki – ciekawostki

• Mrówki są również doskonałymi biegaczami – potrafią biec jakieś 8 cm na sekundę. Gdyby człowiek miał takie zdolności, mógłby przebiec 55 km w ciągu godziny!
• Co więcej, potrafią one nawet skakać, szybować czy używać różnych kawałków materiałów do spływania rzeką. Niektóre gatunki mrówek tworzą żywe łańcuchy, by przedostać się przez przeszkodę lub przenieść duży ładunek.
• Owady te są również wspaniałymi ogrodnikami. Potrafią hodować i pielęgnować grzyby oraz dzielić się nimi z innymi gatunkami.
• Choć mrówka robotnica żyje średnio 1-3 lat, królowe mogą osiągnąć wiek nawet do 30 lat.
• Są kraje, w których mrówki i ich larwy stanowią lokalny przysmak. Np. w Meksyku spożywa się „escamoles”, czyli jaja mrówek uważane za formę owadziego kawioru.
• Istnieją eksplodujące mrówki, więcej na ich temat w oddzielnym artykule: Wybuchające mrówki.

Polecamy

• Mrówki – symbol pracowitości
• Wybuchające mrówki
• Szarańcza
• Opracowania
• Świat owadów
• Owady
• Muchy, mucha domowa
• Komary i moskity
• Termity