私たちの知る限り、機械ギア-均等な大きさの歯が2つの異なる回転面にカットされ、回転時に一緒に固定されます-は、紀元前300年頃にアレキサンドリアに住んでいたギリシャの機械工によって発明されました。 それ以来、シンプルなコンセプトは現代のテクノロジーのキーストーンとなり、車や自転車を含むあらゆる種類の機械や車両を可能にしました。
しかし、 結局のところ 、 イッソスコレオプトラトゥスとして知られている3ミリメートルの長いホッピング昆虫が、本発明を打ち負かしました。 英国ケンブリッジ大学の生物学者ペアであるマルコム・バロウズとグレゴリー・サットンは、種の稚魚が後足を固定する複雑な歯車システムを持っていることを発見しました。小さな生き物が前方にジャンプします。
Issus coleoptratus
歯車は昆虫の各後脚の上部にあります
この発見は本日Scienceで発表されたもので、自然界で発見された最初の機能的ギアシステムであると考えられています。 一般に「ウンカ」と呼ばれるイッソス属の昆虫は、ヨーロッパと北アフリカ全体で見られます。 バロウズとサットンは、電子顕微鏡と高速ビデオキャプチャを使用して、ギアの存在を発見し、その正確な機能を解明しました。
彼らは、ギアリングの理由は調整であると言います。ジャンプするには、昆虫の後肢の両方が正確に同時に前方に押し出されなければなりません。 どちらも横方向にスイングするため、一方がもう一方よりも数分の一秒早く延長された場合、昆虫はまっすぐ前方にジャンプするのではなく、コースから右または左に押し出されます。
ギアリングはエレガントなソリューションです。 研究者の高速ビデオでは、時速8.7マイルの速度でジャンプするクリーチャーは、後ろ足をジャンプ位置で倒し、30ミリ秒（30分の1秒）以内にそれぞれ前進しながら前進することが示されました。 ）他の。
足の細かい歯車がこれを可能にします。 「 イッサスでは、スケルトンは脳と神経系ができない複雑な問題を解決するために使用されます」とバロウズはプレスの声明で述べました。
ギアは昆虫の後脚の上部にあり（転子として知られるセグメント上）、それぞれ幅が約80マイクロメートル（または80百万分の1メートル）である10から12のテーパー歯を含みます。 調査したすべてのIssusホッパーで、各後肢に同じ数の歯が存在し、ギアがきれいにロックされました。 歯には、ベースのフィレット曲線もあります。これは、時間の経過とともに摩耗が減少するため、人造の機械式ギアに組み込まれた設計です。
ギアがこの機能を実行したことを確認するために、研究者たちはいくつかの死んだイッサスを使ってきちんとした（病的ではあるが）トリックを実行しました。 彼らは手動で足をジャンプ位置に戻し、片方の脚の主な跳躍筋を電気的に刺激して脚を伸ばしました。 ギアによって回転がロックされていたため、刺激を受けていないもう一方の脚も同様に動き、死んだ昆虫は前方にジャンプしました。
主なミステリーは、同じ昆虫種の成虫がギアを持たないという事実です。幼虫が成長し、皮膚が脱皮し、これらのギアの歯を再成長できず、大人の脚が別のメカニズムによって同期されます（後脚の両方から一連の突起が伸びており、もう一方の脚を押して動作させます）。
バロウズとサットンは、これはギアの脆弱性によって説明できると仮説を立てています。1本の歯が破損すると、設計の有効性が制限されます。 これは、大人になる前に新しいギアを繰り返し脱皮し、成長させる少年にとってはそれほど大きな問題ではありませんが、成熟したイッサスにとっては、歯の交換は不可能です。
以前に他の動物（とげのあるカメやホイールバグなど）で見つかった歯車のような構造がありましたが、それらは純粋に装飾用です。 これは、ギアシステムのように機械的に機能する最初の自然なデザインのようです。
「私たちは通常、歯車を人間が設計した機械に見られるものと考えていますが、それは十分に一生懸命に見えなかったからだとわかりました」とサットンは言いました。 「これらのギアは設計されていません。 それらは進化しており、動物の世界での同期のために進化した高速で精密な機械を表します。」
