El mecanismo de salto fascinante y altamente eficiente en escarabajos de pulgas se describe en un nuevo artículo de investigación en la revista de acceso abierto Zookeys . A pesar de haberse conocido desde 1929, el salto explosivo, que también es la razón detrás del nombre coloquial de este grupo de escarabajos de hojas, hasta ahora no se ha entendido completamente.
Al unir fuerzas, un equipo de científicos chinos y estadounidenses, liderados por el Dr. Xingke Yang, Siqin Ge y Yongying Ruan de la Academia de Ciencias de China y el Dr. Alexander Konstantinov del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los EE. UU.Teorías, utilizando tomografía micro-computada micro-tomografías computarizadas, reconstrucciones en 3D, filmación y disección a alta velocidad. Después de sus experimentos, los científicos proporcionaron información completa sobre la mecánica detrás del espectacular salto en escarabajos de pulgas e informaron, por primera vez, el papel de una estructura que se encuentra en las patas de estos insectos, conocida como "placa elástica"
Los escarabajos de las pulgas miembros de la tribu Alticini son alimentadores de plantas que pertenecen a un grupo hiperdiverso de alrededor de 9.900 especies y se encuentran en diversos entornos en todo el mundo: desde bosques tropicales de tierras bajas hasta prados y desiertos de montaña a gran altitud., se alimentan y procrean en la superficie superior de la hoja de sus plantas hospederas, haciéndolos particularmente vulnerables a los depredadores, incluidos pájaros, hormigas y arañas. Uno de sus mecanismos de defensa son sus increíbles habilidades de salto, que permiten que los escarabajos escapen de un depredador que se aproxima.un instante.
El aparato responsable de este salto excepcional está oculto dentro de las patas traseras del escarabajo y es relativamente simple. Contiene solo tres partes esclerotizadas y unos pocos músculos. Sin embargo, en realidad, es una "catapulta" altamente eficiente, capaz de propulsarel escarabajo a una distancia cientos de veces su longitud corporal. Mediante tomografía microcomputada, reconstrucciones en 3D y datos de filmación a alta velocidad, los científicos revelaron que la aceleración durante el salto puede alcanzar un pico explosivo de 8,650 m / s2, que es 865veces la aceleración de la gravedad. La potencia de salida máxima de las patas traseras del escarabajo alcanzó un máximo de 2.24 × 105 W / kg por unidad de masa. Esto es aproximadamente 450 veces la capacidad del músculo más rápido conocido y 100 ~ 200 veces la deun potente motor de rally car.
Las reconstrucciones en 3D revelaron dos procesos dentro de la pata trasera que amplifican la potencia de salida de los músculos del escarabajo y reducen el desperdicio de energía.
En primer lugar, los músculos extensor tibial y flexor tibial se contraen simultáneamente y acumulan energía de tensión elástica dentro del fémur el segmento más largo de la pata de un insecto. La energía se almacena en una estructura esclerotizada, llamada resorte metafemoral, mientras que otros dosLas estructuras internas de la pierna, anteriormente conocidas como "placa triangular" y "placa elástica", actúan juntas como un disparador para el mecanismo de catapulta. Cuando se libera el disparador, el resorte metafemoral se contrae y convierte la energía potencial elástica en energía cinética, lo que permiteel escarabajo de pulgas para lograr una aceleración extraordinariamente alta. En lugar de una aceleración gradual durante todo el salto, el escarabajo de pulgas emplea un 'mecanismo de alta eficiencia' al principio, para almacenar energía de tensión colosal que se liberará más adelante.
Por lo tanto, los escarabajos de pulgas evitan la fatiga muscular desperdicio de energía y mejoran su rendimiento de salto hasta el punto en que pueden hacer más de 30 saltos consecutivos, según lo registrado por los científicos en sus experimentos de laboratorio. En la naturaleza, este mecanismo es una adaptación para ellos insectos escapan de los depredadores al desaparecer rápidamente de las superficies de las hojas donde normalmente pasan sus vidas. De hecho, es este salto "explosivo" el que, según los investigadores, se encuentra entre los rasgos clave responsables del alto éxito evolutivo y la notable diversidad de especiesen escarabajos de pulgas.
En conclusión, los científicos señalan que el mecanismo de salto de catapultado en los escarabajos de pulgas es tan eficiente y tan simple que podría encontrar un excelente uso en robótica, así como en instalaciones industriales y de ingeniería. En su trabajo de investigación, también proponenun diseño de una extremidad biónica inspirada en los escarabajos estudiados.
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