昆虫在其腿上有齿轮（2013）

上面的图像是普通的英国昆虫的极端特写镜头，称为Planthopper。你从下面看着它，在它的两个后腿连接到它的身体。在中间，你可以清楚地看到每条腿的顶部都有一排小齿，哪个互锁。随着Planthopper跳跃，牙齿确保其腿旋转在一起并同时延伸。

齿轮位于许多年轻的Planthoppers上，但来自剑桥大学的Gregory Sutton首先发现了他们常见的英国人物，称为Issus Coeleoptratus。 “我们不必在外面的Slaubvinia中去一些模糊的修道院找到这些东西，”他说。 “我们不得不去后院去一个叫做花园的地方。无论是最复杂的装载都碰巧在我们的后院，还是有些东西尚未发现，这是尚未找到的复杂性和复杂性。“

萨顿一直在过去10年来与剑桥大学的马尔科姆洞穴合作，研究跳蚤，蝗虫，叶蝉和侏儒鼹鼠蟋蟀这样的跳跃昆虫的动作。当他们拍摄年轻的跖叉，他们看到后腿总是在彼此的30微秒内移动到30微秒内。这种极端的协调是有道理的 - 时序的丝毫差异会使昆虫旋转到侧面。但他们怎么能实现这种紧张的同步运动？

神经系统不能涉及。在30微秒内，神经元几乎无法开始射击，更少触发某些点击昆虫运动的东西。

答案在于昆虫的底面。回到20世纪50年代，其他科学家们指出，他们的拖把鞋上的凹凸穴位 - 腿部的第一部分，连接到臀部状的柯卡。它们只在后腿上发现，而不是另一种成对。没有人知道他们是什么。没有人似乎在乎。 “这是解剖书中的那些奇怪的小脚注之一，”Sutton说。

Burrows和Sutton发现了被抑制在他们的背部的Planthoppers的颠簸的功能。每当双人轻轻地刺伤腹部时，昆虫会试图跳跃。就在他们的腿上射出之前，他们的拖把会挤在一起。凸起从事并互相滚动，完全像人造齿轮一样。 “我很高兴，”萨顿说。

齿轮允许两台机器在相反方向上一起旋转。这正是Planthopper的Trochanter颠簸所做的。他说，萨顿通过拉动其跳跃肌肉的肌腱来测试这一点（“这是严肃的操作版”，他说。）。）。即使他只拉一个肌腱，两条腿都会延伸，因为齿轮将一个拖把的运动传递到另一个拖把中。

“那么，我们真的很幸运，因为我们看到一些跳跃，齿轮不会完全搞，”萨顿说。发生这种情况时，一条腿在齿轮最终陷入困境之前部分延伸，并且植物驾驶舱的近距离完美的协调被破坏。

当他们成为成年人时，Planthopper若虫失去了他们。但成年人不会在不开场的旋转中射击 - 如果有的话，他们比年轻人更好。他们的后拖加床互相接近，萨顿认为它们之间的摩擦有助于保持它们。 “我们有点肯定，但并不完全肯定，”他说。

“这是我们了解在动物王国中第一次适当，接合，反向旋转齿轮的知识，”萨顿说。鳄鱼在心脏瓣膜上有齿轮状的牙齿，轮子虫和齿轮龟在壳体上有牙齿。但这些结构都没有像齿轮一样行为。 “你从来没有看到旁边的一个齿轮龟旁观，搭配他们的贝壳，旋转相反的方向，”萨顿说。 “如果你这样做，我希望你打电话给我。如果我看到你的网站上，我还没有被打电话，我会成为一个愤怒的人。“

这种发现本身是令人震惊的，但萨顿 - 一名机械工程师 - 认为他们可以帮助我们以令人难以置信的小鳞片制作更有效的机器。大多数现代齿轮的牙齿哈伦回到了18世纪，当数学家Leonhard Euler设计了一种机器可以轻松切割的形状。它被称为一个渐开玩笑，看起来像顶部有高原的山丘。自从此以来一直是齿轮的标准部分。

但是Planthopper的齿轮齿更像是鲨鱼鳍。 “我们拥有的是用于高速，一向齿轮的牙齿形状的原型，该原型是一种不受18世纪的加工技术的高速，单向齿轮，”Sutton说。

现代机器，如3-D打印机，可以轻松地用这些鲨鱼牙齿创造齿轮。萨顿真的被展望，嫌疑人在非常小的机器中表现更好。 “现代机械经常在非常小的尺度上工作，”他说。 “当你在彼此相邻的两个大齿轮时，摩擦并不重要，但是当你变小时，摩擦开始杀了你。”

Planthoppers可能有助于解决这个问题。 “我们仍然受到留下深刻的印象，并受到后院在后面的花园里的震惊，”萨顿说。

参考：Burrows＆amp; 萨顿。 2013年。交互齿轮在跳跃昆虫中同步推进腿部运动。 科学http://dx.doi.org/10.1126/science.1240284