Je leest:

Insect vond tandwiel uit

Insect vond tandwiel uit

Auteur: | 13 september 2013

Het kleine insect Issus coleoptratus gebruikt tandwielen om vooruit springen. Het tandwielgebruik is dus geen menselijke uitvinding van de oude Grieken, maar een mechanisme dat door evolutie in de natuur ontstond.

Tot nu toe kregen de Grieken de eer van de uitvinding van het tandwiel. Naar schatting gebruikten zij 300 jaar voor Christus in Alexandrië voor het eerst het mechanisme. In de eeuwen erna werd het tandwiel een van de belangrijkste onderdelen in de moderne techniek, verwerkt in allerhande machines en voertuigen. Dankzij onderzoek van de biologen Malcolm Burrows en Gregory Sutton van de universiteit van Cambridge, blijkt die eer de oude Grieken echter niet terecht. Het drie millimeter kleine insect Issus coleoptratus, een lantaarndragerachtige die in Europa en Noord-Afrika voor komt, gebruikt het mechanisme al veel langer.

Foto van een baby lantaarnachtige.

Nimfen van het insect, beschikken over een ingenieus systeem van tandwielen waardoor hun achterpoten aan elkaar ‘klikken’, en ze tegelijkertijd weg kunnen draaien om vooruit te springen. De biologen beschrijven hun ontdekking deze week in Science. Met behulp van elektronenmicroscopie en hogesnelheidscamera’s legden ze de precieze werking van het insectenmechanisme vast. Het is voor zover bekend het eerste functionerende tandwielsysteem uit de natuur.

Uit balans

De onderzoekers denken dat de dieren het mechanisme gebruiken om hun sprong te coördineren. Om recht vooruit te springen moeten beide achterpoten op precies hetzelfde moment afzetten. Als het ene pootje een fractie van een seconde eerder is, zou het beestje uit balans raken en naar rechts of links vallen. Dat komt omdat de pootjes naar de zijkant zwaaien. Door tandwielen gebruiken voorkomen ze dat op een slimme manier.

De sprong van een Issus nimf, gemaakt met een snelheid van 5000 beelden per seconde.

De tandwielen zitten aan de bovenkant van de achterpoten, op een deel dat trochanter wordt genoemd. Iedere ‘tand’ is tussen de 30 en 80 micrometer dik. In totaal zitten er tussen de 10 en 12 tanden op ieder pootje. De tanden bevatten onderaan zelfs dezelfde afronding als mensen in de loop der jaren aan tandwielen toevoegden om slijtage tegen te gaan.

Foto van de tandwielen op de achterpoten van Issus coleoptratus, door een elektronenmicroscoop genomen.

De insecten springen met een maximale snelheid van ongeveer 14 kilometer per uur. De snelst opgenomen afzet gebeurde in 2 milliseconden. Op de opnames die de wetenschappers maakten is te zien dat er slechts 30 microseconden zit tussen de start van de beweging van het ene pootje ten opzichte van het andere.

Morbide experiment

Om zeker te zijn van de functie van de tandwielen voerden de wetenschappers een morbide controle uit. Ze zetten de achterpoten van een dood Issus exemplaar in startpositie in elkaar en stimuleerden de belangrijkste springspier van een van de poten elektrisch. Hierdoor strekte het pootje en omdat de pootjes met de tandwielen verbonden waren, kwam ook het andere pootje in beweging. Gevolg? Het dode insect maakte een grote sprong voorwaarts.  

De beweging van de achterpoten van een nimf die zich voorbereid op een sprong. Video: Malcolm Burrows.

Opvallend genoeg maken alleen de jonge insecten gebruik van het slimme mechanisme. Zodra ze volwassen zijn verdwijnt de aanpassing. Dat komt volgens de onderzoekers doordat er geen herstelmechanisme meer is voor de volwassen dieren. De jonkies hebben het geluk dat er bij iedere keer vervellen herstel optreedt. Eenmaal volwassen kan dat niet meer, en aan een beschadigd tandwiel heeft het insect niet veel. Daarmee wordt het hele mechanisme waardeloos.

Bron

  • Malcolm Burrows, Gregory Sutton, “Interacting gears synchronize propulsive leg movements in a jumping insect”, Science, 13 september 2013 DOI: 10.1126/science.1240284
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 13 september 2013

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.