Hogyan győzik le az ezüstszőrű hangyák a sivatagi hőséget

Hogyan győzik le az ezüstszőrű hangyák a sivatagi hőséget

A szaharai ezüsthangya. Hitel: Norman Nan Shi és Nanfang Yu

A Szaharában perzselő a nyár – a homok hőmérséklete 149-158 Fahrenheit-fok között mozog. Míg délben az afrikai sivatagban való siklás halálvágynak tűnhet, a szaharai ezüsthangya számára ez teljesen természetes ( Cataglyphis bombycina ). A rovar a földben lévő fészkéből bújik elő, hogy délben táplálkozzon, és akár 127 °F-ig is képes ellenállni a testhőmérsékletnek.



Ezek a „termofil dögevők” néven ismert hangyák „egyéb rovarok (főleg legyek) tetemeit gyűjtik össze, amelyek a hőstressznek engedtek” – mondja Rüdiger Wehner, a svájci Zürichi Egyetem Agykutató Intézetének professzora. hőtűrő hangyafajok közel négy évtizede. „Minél magasabb a hőmérséklet, annál több élelem van számukra” – mondja.

Közelkép a szaharai ezüsthangyáról. Köszönetnyilvánítás: Norman Nan Shi és Nanfang Yu

Az ezüsthangya számos adaptációt fejlesztett ki, hogy megbirkózzanak a szélsőséges hőséggel, köztük egy tulajdonsága, amely a nevét ihlette: a szőrszálak, amelyek ezüstösen csillognak a napfényben, és sűrűn bevonják a hátát és az oldalát. A hangya úgy néz ki, mint „egy higanygolyó, amely a földön gurul, mert tényleg csillog” – mondja Wehner. Ban ben egy nemrégiben megjelent tanulmány Tudomány Wehner és munkatársai felfedezték, hogy ezek a szőrszálak hogyan segítik a hangyák hűvösségét, és azt találták, hogy szélcsendes körülmények között hozzájárulhatnak a hangyák testhőmérsékletének ötfokkal történő csökkenéséhez.

A csapat először a haj alakját és konfigurációját vizsgálta. Különböző képalkotó technikákkal megvizsgálva a hangyamintákat, azt találták, hogy minden szőr úgy néz ki, mint egy megnyúlt prizma, amelynek két hullámos oldala és egy lapos oldala van. A szőrszálak 90 fokos szögben kihajlanak a gyökereikből, légrést hagyva a hangya teste és a tüszők lapos oldala között hosszuk mentén.

A kutatók ezután spektrométerekkel mérték a fényvisszaverődést sértetlen szőrű hangyáknál, valamint azoknál a példányoknál, amelyeknek szőrét eltávolították. Azt találták, hogy a hirsute hangyák a bejövő fény 67 százalékát verték vissza a közeli infravörös és látható spektrumban, míg a szőrtelen hangyák ennek a fénynek csak a 41 százalékát szórták szét.

A későbbi számítógépes modellezés kimutatta, hogy a haj prizmás szerkezete és elrendezése – azaz párhuzamos, de nem érinti a testet – fokozza a visszaverődést azáltal, hogy befogja a bejövő fényt, és minden irányban kifelé szórja. Ez a tükröződés a hajszálak fémes fényét is kölcsönzi. (A kutatók még mindig nem tudják, milyen szerepet játszik az egyes hajszálak két oldalán lévő hullámosság.)

Szaharai ezüst hangyaszőrök nagyított keresztmetszete. Köszönetnyilvánítás: Norman Nan Shi és Nanfang Yu

A tanulmány egy másik részében a csapat azt találta, hogy a szőrszálak nem csupán a fényvisszaverés révén tartják hűvösen a hangyákat, hanem lehetővé teszik a rovarok számára, hogy a középső infravörös spektrumban sugárzást bocsátanak ki a hűvösebb környező levegőbe (ebben az esetben , 6-16 mikron körül) hatékonyabban, mint a hangyák haj nélkül.
'[A sugárzás] nagyon kis visszaverődéssel terjed a hajbevonaton, majd a levegőbe' - mondja Nanfang Yu, a New York-i Columbia Egyetem alkalmazott fizika adjunktusa és a tanulmány szerzője. De miért nem verik vissza a szőrszálak a hangya hősugárzását a bőrébe? Kiderült, hogy ennek a sugárzásnak a hullámhossza sokkal nagyobb, mint a tüszők keresztmetszete, amelyen áthalad. Ennek eredményeként a középső infravörös tartományban a szőr valójában tükröződésmentes bevonatként funkcionál, mondja Yu – amely lehetővé teszi, hogy a sugárzás viszonylag megszakítás nélkül mozogjon a hangya testéből a levegőbe.

Az ezüsthangyák úgy használják ki a legtöbbet ebből a jelenségből, hogy magasra jutnak – azaz kövek vagy növényzet tetejére költöznek, ahol még hűvösebb a levegő, és hatékonyabban lehet átadni a hőt. Miután a rovar lecsökkentette testhőmérsékletét, visszarohan, és még egy ideig a homok mentén keresgél, mígnem újra felmászik, és a folyamatot újra és újra megismétli, forró napokon körülbelül 30 percig. „A fészkelési idejük akár 70 százalékát is tölthetik pihenéssel, hűsöléssel” – mondja Wehner. – Ez egy termikusan szoros kötél, amelyen ezek a hangyák vannak. (Az egészséges testhőmérséklet takarmánykeresés közben körülbelül 118-124 °F között van.)

Egy szaharai ezüsthangya hűsöl a növényzeten. Fotó: Rüdiger Wehner

Az ezüst szőrszálak hűsítő hatása más adaptációkkal együtt működik, amelyek segítenek a hangyáknak legyőzni a hőt. Egyrészt a lábaik aránytalanul hosszúak a testükhöz képest, amely Wehner szerint négy milliméterrel lebeg a föld felett (az átlagos hangyatestet csak a fele ilyen távolságra emelik). „Hangyamagasságon” a levegő hőmérséklete 27 °F-al alacsonyabb lehet, mint a zizegtető homoké, mondja.

A hangyák is tudnak futni, mint a dögök, maximális sebességük 70 centiméter/s (általában 20-30 cm/sec). Száguldásuk szelet generál, amely valószínűleg segít lehűteni őket a konvekción keresztül, miáltal a rovart körülvevő forró levegőréteg felemelkedik, mert kevésbé sűrű, mint a hidegebb levegő. (Wehner megjegyzi, hogy ezt a hatást nem vizsgálták szisztematikusan a laboratóriumban.)

Míg számos más hangyafaj elviseli a szélsőséges hőséget, Wehner szerint az ezüsthangya potenciálisan egyedülálló a rokonai között a fémes megjelenésű tincsek terén. Ő és Yu azt tervezik, hogy a terepen tovább tanulmányozzák a fényes fajokat infravörös kamerák segítségével, hogy megmérjék a rovarok testhőmérsékletét a nap folyamán.

A csapatot az is érdekli, hogy az ezüst szőrszálakról tanultakat olyan optikai bevonatok kifejlesztésében alkalmazzák, amelyek passzívan hűthetők tárgyak és anyagok. „Talán egy napon lesz egy ezüstszőrű bundája” – töpreng Wehner.

*Ezt a cikket 2015. augusztus 11-én frissítettük, hogy tükrözze a következő változást: Egy korábbi verzió szerint a középső infravörös tartományban a hangya szőre „valójában vákuumközegként működik”. A kifejezést frissítettük annak jelzésére, hogy a szőrszálak tükröződésmentes bevonatként működnek (hasonlóan ahhoz, amit a szemüvegeken találhat, hogy csökkentse a tükröződést vagy a tükröződést).