Evolutie maakte van deze mier een levende boor

Een scanning-elektronenmicroscopie-afbeelding van de houtkappen van een jonge Melissotarsus- arbeider.

A. Khalife et al., Frontiers in Zoology 10.1186 (2018)

Evolutie maakte van deze mier een levende boor

Door Jake BuehlerAug. 24, 2018, 09:55 uur

Iedereen die met de hand probeert een boom om te hakken, weet hoe moeilijk het is om levend hout te hakken. Het blijkt dat hout-saaie mieren dat ook doen so, ze hebben zichzelf omgezet in bizarre, levende oefeningen. Een nieuwe studie onthult dat extreme aanpassingen in tegenstelling tot alles wat bij andere mieren wordt gezien, hen in staat stellen ingewikkelde tunnelnetwerken in hun gastheerbomen te snijden.

Over Melissotarsus mieren is weinig bekend over continentaal Afrika en Madagaskar omdat ze slechts enkele millimeters lang zijn en nooit de gebeeldhouwde galerijen van hun bomen verlaten. Binnenin wordt van de mieren gedacht dat ze op zittende schaal insecten voor voedsel drijven, hun smakelijke wasafscheidingen of zelfs hun vlees eten. Werkmieren hebben twee paar achterpoten die voortdurend omhoog staan ​​en een bolvormige kop geladen met zijden klieren (een uniek kenmerk onder mieren). Entomologen hebben lang gedacht dat deze functies moeten helpen bij de onconventionele levensstijl van de mieren, maar ze wisten niet precies hoe.

Het was niet duidelijk hoe ze de kracht konden ontlenen om levend hout te kauwen, zegt Christian Peeters, een onderzoeksbioloog aan de universiteit van Sorbonne in Parijs en senior auteur van het onderzoek.

Dus Peeters en zijn team hebben het van dichterbij bekeken. De onderzoekers verwijderden bewoonde takken van bomen in Mozambique en Zuid-Afrika en stuurden ze terug naar het laboratorium in Parijs. Daar combineerden ze röntgenmicrotomografie (een soort 3D-röntgenbeeldvorming voor kleine voorwerpen) en krachtige microscopen om het skeletomusculaire systeem van de mieren te visualiseren, gericht op de anatomie van het hoofd, de kaken en de benen.

Het blijkt dat hun grote koepels meer huisvesten dan alleen zijden klieren grote spieren vullen het hoofd, verankerd aan korte, scherpe onderkaken, meldt het team in Frontiers in Zoology. Deze spieren geven de kaken een enorme beitelkracht die door hardhout kan tunnelen. Mieren met zwakkere kaken moeten daarentegen meestal genoegen nemen met bezinken in verrot hout of tunnels die al zijn opgegraven door saaie kevers. Dat komt omdat het kauwen van droog hout - waarvan de vezels bros zijn en gemakkelijk breken - gemakkelijker is dan kauwen door gezond, vochtig hout, legt Peeters uit.

Artist's concept van een Melissotarsus- arbeider die een tunnel boort. Tijdens het tunnelen zetten deze mieren zich vast tegen de tunnelwanden met behulp van sterke, gespecialiseerde benen en basitarsi "hakken" om zichzelf op hun plaats te verankeren.

A. Khalife et al., Frontiers in Zoology 10.1186 (2018)

Zelfs de kaakopeningsspieren zijn sterker dan die van alle bekende soorten mieren, een kenmerkende Peeters denkt dat het nuttig kan zijn om houtafval uit de weg te duwen tijdens het tunnelen.

De onderzoekers ontdekten ook dat de onderkaken zelf opmerkelijk goed geschikt waren voor een kauwleven. Hun brede basis maakte hen tot efficiënte hefbomen, en analyse van hun tips onthulde hoge concentraties zink ingebed in het exoskelet.

Zinkversterkte 'zware elementen biomaterialen' zoals deze komen veel voor bij ongewervelde dieren, zegt Robert Schofield, een biofysicus aan de Universiteit van Oregon in Eugene die niet bij de studie betrokken was. Ze worden aangetroffen in lichaamsdelen die intensief worden gebruikt, zoals spinnenhoektanden en zeewormen. De zinkclusters op nanoschaal worden gebonden in de chitinematrix, waardoor hardheid wordt verleend zonder het risico op breuk te vergroten. Voor mieren die afhankelijk zijn van deze tools om mee te bouwen en te eten, is dat behoorlijk belangrijk. "Als een scherpe punt beschadigd raakt, zijn ze dood", zegt Schofield.

De benen van Melissotarsus- werkers zijn ook uitstekend aangepast. De onderzoekers ontdekten dat de benen - voortdurend dicht bij het lichaam gebogen - sterke spieren hebben om zich tegen tunnelwanden te schrap zetten. De "basitarsus" van de voeten van de mieren (analoog aan een hiel) is ook vergroot en biedt - met de toevoeging van penachtige borstelharen - extra grip bij het naar beneden dragen. Hierdoor blijven werknemers stevig op hun plaats verankerd en gaan ze de intense kauwkrachten tegen. Maar de aanpassingen brengen kosten met zich mee: de poten van de mieren zijn zo ingrijpend aangepast dat de insecten niet meer op een plat oppervlak kunnen lopen (zie video, hieronder).

"Dit is een geweldig artikel over een geweldige mier, " zegt Andy Suarez, een entomoloog aan de Universiteit van Illinois in Urbana, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Dit is het enige voorbeeld dat ik ken waar een mier een levensstijl heeft ontwikkeld ... leven in [het] bos van levende bomen waarvoor werknemers door het bos zelf moeten kunnen tunnelen."

Melissotarsus heeft een 'onomkeerbare toewijding' aan het leven in de bomen ontwikkeld, zegt Peeters, terwijl hij de buitenwereld naliet om op hun schaal insectenkuddes te verzorgen. De bevindingen illustreren de buitengewone resultaten die evolutionaire specialisatie kan produceren, waardoor ooit zeer mobiele mieren onvermoeibare elektrische gereedschappen worden.