Een van de meest indrukwekkende spelers van de natuur: Spring’s Tail

Een van de wonderen van de natuurlijke wereld die maar weinig mensen hebben opgemerkt: de bewegende semi-aquatische springstaart.

Er zijn ongeveer 9.000 soorten springstaarten bekend – kleine, vlooienachtige ongewervelde dieren – over de hele wereld. Velen leven in donkere en vochtige habitats, maar ze zijn te vinden op alle zeven continenten; Sommigen migreren zelfs op sneeuw. Geleedpotigen zwierven over de aarde door hun lichaam in de lucht te gooien, soms 500 keer per seconde ronddraaiend, zoals circusartiesten die vanuit vrijstaande kanonnen schieten. Veel succes met het bekijken van de hangmatshow – de meeste springstaarten zijn “zo klein als een zandkorrel”, zegt Victor Ortega Jimenez, een biomechanica-onderzoeker van de Universiteit van Maine die de wezens bestudeert.

Nu, een reeks ingezoomde slow motion-video’s van deze sprongen met een hoog octaangehalte, vrijgegeven door Dr. Ortega Jimenez en collega’s van artikel Maandag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences, onthult het een element van weinig fysieke controle dat bijna behendig is. De visuals helpen met een gedetailleerde uitleg van hoe de staartveer door de lucht springt en bijna elke keer dat ze landen op hun voeten terechtkomt.

Dr. Ortega Jiménez zei dat de dominantie van de pulserende staart grotendeels voortkwam uit hun meest onderscheidende en mysterieuze kenmerk, de colofoor, een buis die uit hun maag komt. Deze buis interageert op verschillende manieren met de krachten die dieren omringen: weerstand, oppervlaktespanning, zwaartekracht. “Ze profiteren van het water en de lucht”, zei Dr. Ortega Jimenez.

De pulserende staart is geen insecten, hoewel hij al lang als zodanig is geclassificeerd vanwege zijn zes poten, gesegmenteerde lichamen en antennes. Vanwege hun mond, die zich in hun hoofd heeft teruggetrokken, vormen ze nu de meerderheid van een andere taxonomische klasse: entognatha.

Taxonomisch wordt de springstaart Collembola genoemd, een aanduiding die eraan is gegeven door John Lubbock, een Engelse polyglot uit de 19e en vroege 20e eeuw. Het woord komt van de Griekse woorden die “lijm” en “pin” betekenen. Lubbock koos de naam uit het gedrag dat hij observeerde nadat hij een veer op hun rug had gedraaid en een stuk glas over hun buik had gevlogen. De dieren zouden de schaal met hun poten bereiken, terwijl ze tegelijkertijd vloeistof uit de randen van hun randen uitstoten en naar de oppervlakte duwen. Deze vraagsteller, Lubbock schreef,,Het geeft ongetwijfeld een betere kans.”

Andere geleerden betwistten later deze interpretatie van de colofoorfunctie. In de twintigste eeuw was de meest geaccepteerde functionele verklaring voor coloforen – het enige deel van het lichaam van de staart van een veer dat water aantrekt – dat Een manier om voedingsstoffen op te nemen. Andere toepassingen zijn in de eenentwintigste eeuw gesuggereerd: het kan Zelfreinigend gereedschap of een manier om Trekt een lente staart sprong.

Dr. Ortega Jimenez, wiens onderzoek zich richt op hoe dieren bewegen, raakte geïnteresseerd in een springveer toen hij ze bij een beek zag springen. Terwijl men geloofde dat dieren zich alleen in een richting konden oriënteren en dan… Wild zweven in de luchtToen de geleedpotigen van de oever in het water en terug sprongen, merkte Dr. Ortega Jimenez op dat ze precies op de plek leken te zijn geland waar ze begonnen waren. Dit vereist enige vorm van controle gedurende de hele sprong.

Terug in het lab begon Dr. Ortega Jimenez met het filmen van Springstaarten tijdens de vlucht en ontwierp hij een kleine windtunnel om te zien hoe de dieren omgaan met verschillende weersomstandigheden. Hij ontdekte dat de springstaart colofoor bij alle onderdelen van de sprong betrokken was.

Tijdens het opstijgen, toen de staart van de veren een staartachtige fracula uit het water raakte, namen de coloforen een druppel water op. Als de dieren in de lucht ronddraaiden, bogen ze hun lichaam in een U-vorm, wat hun rotatie vertraagde en ze uiteindelijk recht door de lucht lieten vliegen, als kleine superhelden.

Toen ze ondersteboven werden gedraaid in een windtunnel, konden de staartveren met waterdruppels op hun behuizing zichzelf in minder dan 20 milliseconden omdraaien, sneller dan enig ander dier dat eerder werd geregistreerd. De kisten kwamen naar buiten, de pulserende staart zakte naar beneden en de watercolofoor gaf het een stevigere basis en een plakkerige hechting aan het oppervlak.

“Ze waren aan het parachutespringen en ze landden op hun voeten”, zei Dr. Ortega Jimenez.

Met behulp van wiskundige modellen ontdekten de onderzoekers dat de staartveren met waterdruppels op hun omhulsels veel minder fluctueerden toen ze landden dan de staart van de droge veren. Ze kunnen in de helft van de tijd op hun pootjes terechtkomen. Hoewel coloforen waarschijnlijk andere functies hebben, lijkt zijn rol bij het springen – tijdens het opstijgen, vliegen en landen – cruciaal, zei Saad Bahla, een biomechanica-onderzoeker aan het Georgia Institute of Technology die ook aan het onderzoek heeft gewerkt. “Dat is voor mij de coole functie hier,” zei hij.

Dr. Bhamla hielp bij het binnenhalen van robotica, die een op een veer gebaseerde staartrobot ontwierp die zichzelf in de lucht kan corrigeren en 75 procent van de tijd op zijn voeten kan landen. Hij zei dat dit type besturing niet goed is bestudeerd in robotica, die zich vaak richt op het opstijgen. Een machine bouwen die constant op zijn poten kan landen, betekent een machine bouwen die eerder klaar kan zijn om te springen. Want als ze de sprong kunnen beheersen, kunnen ze hem keer op keer blijven doen,” zei Dr. Bhamla. “Dat is interessanter.”

Dr. Ortega Jimenez zei dat dit ook een evolutionaire verklaring zou kunnen zijn voor springstaarthop. Hoewel er op dit moment veel wordt gespeculeerd en “de evolutie van deze springende beesten een mysterie is”, stelt het snelle herstel van de sprong de springer in staat beter te ontsnappen aan roofdieren. “Voorbereiding is essentieel om te overleven,” zei Dr. Ortega Jimenez.

De onderzoekers waren verrast om zoveel controle te vinden in zulke kleine dieren. Maar de dynamiek op kleine schaal is vaak contra-intuïtief en zelfs basisfuncties worden gemakkelijk over het hoofd gezien. Een beetje water op de maag kan alles veranderen.

“Wat het ontwerp betreft, is het heel eenvoudig”, zei Dr. Bhamla. “Hij zegt: ‘Waarom heb ik hier niet aan gedacht?'” “