Ocelový stisk mravence Atta

Pokud jste někdy pocítili kousnutí nebo bodnutí bránícího se hmyzu, zdá se vám až neuvěřitelné, že něco tak malého, jako je kusadlo mravence, může snadno bolestivě rozříznout nebo prorazit lidskou kůži. Vnější kostra členovců včetně žihadel, kusadel nebo krovek je tvořena podivuhodnou vrstevnatou hmotou. Základem pevnosti „kostry“ je kutikula – pokožkou vylučovaný polysacharid chitin (polyacetylglukosamin), což je jemně šupinatý, houževnatý, pružný a někdy velmi tvrdý materiál. Nicméně se snadno recykluje biodegradací.

Už pár let víme, že ostré nástroje sloužící k obraně nebo stavební činnosti hmyzu jsou obohaceny o kovy, jako je zinek a mangan nebo třeba brom. Díky tomu jsou odolné a poměrně trvanlivé. Nedávná studie¹⁾ ukazuje, proč mají tyto nástroje extrémně ostré hroty a hrany. Robert Schofield, fyzik z Oregonské univerzity v Eugene, a jeho kolegové použili speciální mikroskop k prozkoumání ostrých „zubů“, které lemují kusadla mravenců střihačů (Atta cephalotes), řezajících listy, a odhalili jejich subatomovou strukturu. Tým zjistil, že atomy zinku jsou v hranách zubů rozptýleny homogenně, nikoli ve shlucích, jako třeba kamínky křemene v betonu. Větší shluky atomů kovu mezi organickou výplní by omezovaly ostrost nástroje. Pozorovaná rovnoměrnost rozmístění atomů kovu a uniformita při růstu kusadel umožňuje mravencům tvorbu mnohem tenčí a ostřejší okrajové čepele prakticky bez chitinu.

Tým také testoval sadu vlastností těchto materiálů s kovovou příměsí nejen v kusadlech mravenců, ale i v klepítkách pavouků a štírů či v ústním ústrojí dalších členovců a mořských červů. Tyto struktury jsou tužší a odolnější vůči poškození než biomineralizované materiály, jako je fosforečnan vápenatý, nacházející se typicky v zubech, nebo kombinace uhličitanu vápenatého a proteinu chitinu v mnoha skořápkách členovců. Části těla zpevněné kovem mají takové vlastnosti, jaké oceníte u kvalitního nože nebo jehly. Na ostrý nůž při krájení netlačíte zdaleka tak silně jako na tupou pižlu a spotřebujete méně energie.

Pro mrňavé mravence nebo housenky je to obzvlášť důležité. Tým odhaduje, že kusadla mravenců střihačů s jemně rozptýlenou infuzí zinku umožňují každé dělnici vynaložit na propíchnutí a rozemletí listu pro houby asi jen 30 procent energie a svalové hmoty, kterou by jinak potřebovala při práci s měkčími chitinovými kusadly. Díky výrobě těchto ostrých a nadto precizně tvarovaných nástrojů nemusí mravenci a další malí živočichové nahrazovat své drobné svaly většími, což jim umožní získávat a zpracovávat potraviny, které by normálně byly mimo jejich dosah.

Snímek D. Kucharski a K. Kucharska, Shutterstock

Ale každý typ mineralizace má své výhody pro konkrétní živočišný druh. Měření krabích drápů ukázalo, že jejich kalcifikované (vápníkem obohacené) části kutikuly jsou náchylné ke zlomu, ale snášejí silný tlak, pokud nehrozí změna jeho směru. Kdežto bromovaná kutikula je optimální pro ostré hrany a špičky, které musejí udržovat svůj tvar pod měnícím se tlakem a nesmějí se zlomit. To je v souladu s pozorovaným chováním krabů. Oblasti s bromem používají jako kleště, zatímco kalcifikované oblasti k drcení. Docela vtipná evoluce a jistě i pěkná inspirace pro inteligentní lidské designéry.