A természetben számos élőlény alkalmaz meglepő stratégiákat a túlélés és a táplálékszerzés érdekében. Egy friss kutatás szerint bizonyos parazita fonálférgek (nematódák) nem csupán vakon ugranak levegőbe, hogy elkapják rovar zsákmányukat, hanem egy különleges, elektrosztatikus vonzásra támaszkodnak, amely segíti őket célpontjuk pontos megtalálásában.
A kutatás háttere és célja
Victor Ortega-Jiménez, a Kaliforniai Egyetem (UC Berkeley) integratív biológia adjunktusa, valamint kollégái az Emory Egyetemről és más intézményekből arra keresték a választ, hogy vajon az apró állatok közötti elektromos vonzás szerepet játszik-e az élelem felkutatásában és elfogásában. Ortega-Jiménez korábbi felfedezései között szerepel, hogy a pókhálók képesek kihasználni a repülő rovarok elektromos töltését, így elektrosztatikusan csapdába ejtik őket. Emellett megfigyelte, hogy a kullancsokat is vonzza a szőrös állatok által generált statikus elektromosság – hasonlóan ahhoz, mint amikor egy lufit dörzsölünk a hajunkhoz.
Ezek az eredmények ösztönözték Ortega-Jiménezt arra, hogy megvizsgálja: vajon a vékony, pókselyemszálnál is karcsúbb fonálférgek is képesek-e elektromos töltöttség révén „megérezni” és megközelíteni repülő rovarokat.
Az elektrosztatika rejtélye apró élőlényeknél
„Elektromos világban élünk, az elektromosság mindenütt jelen van körülöttünk, azonban a kis szervezetek elektrosztatikája nagyrészt még mindig rejtély” – mondta Ortega-Jiménez. A kutatócsoport ezért fejlett eszközöket fejlesztett ki annak érdekében, hogy részletesebben tanulmányozhassák ezt az izgalmas jelenséget.
A kísérleti módszer: lassított felvételek és elektromos töltés
A kutatók egy speciális kísérleti elrendezést hoztak létre: rögzítették egy gyümölcslégyet (Drosophila), amelyhez egy apró vezetéket erősítettek, így elektromos töltést tudtak rákapcsolni. Ezáltal a légy elektromosan feltöltődött, ami vonzóvá vált a fonálférgek számára.
Ezután Steinernema carpocapsae nevű parazita fonálférgeket figyeltek meg, amelyek világszerte megtalálhatók talajban. Ezek az apró férgek kevesebb mint egy milliméter hosszúak, de képesek akár testhosszuk 25-szörösére is ugrani.
A kísérlet során több tucat ugrási kísérletet rögzítettek nagysebességű kamerával, amely másodpercenként 10 000 képkockát készített. A lassított felvételek megmutatták, hogy az ugró fonálféreg valóban az elektromosan feltöltött gyümölcslégy irányába repülve képes közvetlenül ráugrani.
Matematikai modell és eredmények
Justin Burton fizikus (Emory Egyetem) matematikai modellt dolgozott ki az adatok elemzésére, amelyet Ranjiangshang Ran posztdoktori kutató alkalmazott. A modell kimutatta, hogy már néhány száz voltos statikus töltés – amit egy rovar szárnyainak mozgása könnyen előidézhet – ellenkező töltést indukál az ugró féregben. Ez jelentősen növeli annak esélyét, hogy a féreg eltalálja célpontját a levegőben.
- 100 volt töltés esetén kevesebb mint 10% volt az esélye annak, hogy eltalálja a rovart.
- 800 volt töltésnél ez az esély már 80%-ra nőtt.
- Kis szélmozgás tovább javította az ugrás sikerességét.
„Eredményeink azt sugallják, hogy elektrosztatika nélkül ennek az ugró ragadozó viselkedésnek nem lett volna értelme evolúciós szempontból” – foglalta össze Ran.
A fonálféreg életciklusa és ragadozó stratégiája
Ha egy féreg nem találja el célját, fennáll annak veszélye, hogy vagy elfogyasztják vagy kiszárad közbenső állapotban a levegőben. Amikor mechanikai ingert érzékel – például egy felette repülő rovart –, összegömbölyödik és hirtelen levegőbe vetve magát igyekszik elkapni zsákmányát.
Sikeres találat esetén bejut az rovar testébe természetes nyílásokon keresztül, ahol olyan baktériumokat helyez el magában barátságosan élve. Ezek a baktériumok azonban halálosak a rovar számára: mindössze 48 órán belül elpusztítják azt. A gazdaállat elpusztulása után a féreg táplálkozik mind a baktériumokból, mind pedig az elhalt rovar szöveteiből és petéket rak le.
Több generáció fejlődhet ki így egyetlen rovartetemben, míg végül az ifjú férgek kijutnak a környezetbe és újabb rovarokat fertőznek meg baktériumaikkal.
Kitekintés: elektrosztatikus ökológia
„A fizika segítségével új és érdekes adaptív stratégiát ismertünk meg egy élőlény esetében” – mondta Ran. Hozzátette: „Ezzel hozzájárulunk az elektrosztatikus ökológia feltörekvő tudományterületének kialakulásához.”
A tanulmány publikációja
A kutatás eredményeit bemutató tanulmányt 2023. október 14-én tették közzé a rangos Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) tudományos folyóiratban.