一種微小的寄生蠕蟲，可以跳到空中，長度可達自身身體的 25 倍。它可以藉助靜電捕捉飛蟲。根據最新研究，研究結果發表在 附：,重點關注線蟲。 斯氏線蟲 它來自埃默里大學和加州大學伯克利分校科學家之間的合作。
“我們已經確定了蠕蟲用來攻擊目標的靜電機制。我們已經證明了這種機制對於蠕蟲生存的重要性，”合著者、埃默里大學物理學教授賈斯汀·伯頓說。他的實驗室正在領導實驗的數學分析。 “更高的電壓加上一點風。它大大增加了跳蟲與飛蟲接觸的機會。”
加州大學伯克利分校的合著者兼生物力學助理教授維克多·奧爾特加-希門尼斯補充道：“你可能期望在大型動物身上找到一些重大發現。但小型動物也蘊藏著許多有趣的秘密。”他正在領導一項實驗，使用高速顯微鏡捕捉針頭大小的蠕蟲沖向帶電果蠅的圖像。
研究人員發現，昆蟲翅膀在空氣中移動時會產生數百伏的電場。這種電荷會在蠕蟲中產生相反的電荷。這會產生一種吸引力，將兩者拉在一起。他們證實該過程是由靜電感應驅動的。
該研究的合著者、伯頓實驗室的博士後研究員冉江尚說：“利用物理學，我們學到了關於生物體適應性策略的新的、有趣的東西。” “我們正在幫助開拓新興的電生理學領域。”
其他貢獻者包括佐治亞理工學院的 Saad Bhamla 和 Sunny Kumar。他研究跨物種生物力學並進行初步實驗，加州大學河濱分校的線蟲生物學家阿德勒·迪爾曼也是如此。
微小生物令人震驚的生活
靜電——當你觸摸門把手或拉扯毛衣時感覺到的火花——當電子積聚並在與導體接觸後立即放電時就會產生靜電。
雖然對於人類來說有點煩人。但科學家們發現靜電在許多小生物的生存和行為中發揮著重要作用。
2013年Ortega-Jiménez發現蜘蛛網可以利用附近昆蟲的電荷來吸引並捕獲它們。其他研究表明蜜蜂利用靜力來採集花粉。花蟎利用靜電吸引力附著在蜂鳥上。氣球蜘蛛依靠帶電的絲來長距離漂浮。
伯頓和奧爾特加-希門尼斯也共同撰寫了最新評論。 寄生蟲學的趨勢 檢查靜電如何影響蜱蟲
“毛茸茸的動物可以從地上拾取蜱蟲。這完全是基於動物毛皮中的靜電，”伯頓解釋道。
在測試這種現象的實驗中，奧爾特加-希門尼斯開發出了一種技術來精確控制拴系蜱蟲的電荷。這種創新提供了推進新線蟲研究所需的缺失方法。
當蠕蟲跳躍和轉動時
對於當前的報告，研究人員希望確定靜電力與空氣動力學相結合是否會影響成功率。 果卡波卡塞 與飛蟲聯繫
果卡波卡塞 它是一種蛔蟲或不分節線蟲，通過與細菌的共生關係殺死昆蟲。除兩極外，地球上幾乎所有地方的土壤中都生長著蠕蟲。它越來越多地用於農業害蟲生物防治。世界各地的研究人員正在研究提高天然農藥效力的方法。
當蠕蟲感知到上方有昆蟲時，它會捲曲成圓圈，並漂浮在其身體長度 25 倍的空中。這相當於一個人跳得比 10 層樓高。
“我相信這些線蟲是世界上最小和最好的跳躍者，”奧爾特加-希門尼斯在進行令人眼花繚亂的跳躍時說道。它們每秒旋轉 1,000 次。
如果蠕蟲攻擊目標，它會通過自然開口進入昆蟲的身體。然後它會積累共生細菌，在宿主死亡後 48 小時內殺死昆蟲。蠕蟲以不斷膨脹的細菌為食。與昆蟲組織和產卵一樣，昆蟲屍體可能會發生很多代。直到幼蟲出現到環境中將細菌傳播給其他昆蟲。
艱苦的實驗
研究人員設計了一項實驗來研究蠕蟲與飛行昆蟲聯繫能力所涉及的物理原理。
本質上，飛行昆蟲的翅膀與空氣中的離子摩擦可以產生數百伏的電流。物理學家需要知道實驗模型中使用的果蠅的確切電荷。奧爾特加-希門尼斯必須連接一根小電線。連接到每隻果蠅背面的高壓源來控制電壓。
“給果蠅綁一根電線非常困難，”他說。 “我通常需要半個小時，有時一個小時。”
另一個挑戰是確定實驗裝置中誘導蠕蟲跳躍的適當條件。 Ortega-Jimenez 使用由濕紙製成的基材。紙張必須足夠濕，但不能太濕。最後，蠕蟲需要一股溫和的空氣的刺激。或者在跳到漂浮的果蠅上之前，該機制有點令人不安。
奧爾特加-希門尼斯進行了數十次實驗。它是使用特殊的高速攝像機記錄的，該攝像機可以捕捉亞毫米蠕蟲的空中飛行軌跡。在每秒 10,000 幀的速度下，人眼基本上看不見。
他還建造了一個小型風洞。對於一些實驗來說，這使得物理學家能夠分析環境風對蠕蟲目標成功率的影響。
數字化
蘭使用計算機軟件將蠕蟲的路徑數字化。它從大約 60 個實驗視頻中提取數據。如果蠕蟲離開相機的焦平面，導致圖像變得模糊，則該過程非常耗時。在這種情況下，蘭必須用手點擊來記錄它的位置。
Ran使用一種稱為馬爾可夫鏈蒙特卡羅（MCMC）的計算機算法來分析數字數據（“馬爾可夫”是開發該算法的數學家的縮寫，而“蒙特卡洛”是指以賭場聞名的摩納哥地區）。
“MCMC 允許您使用不同的參數集進行隨機調查，以確定結果的數學概率，”Ran 解釋道。
Ran指定了一組適合單個蠕蟲軌蹟的50,000個可能的參數值，例如昆蟲的電壓。蠕蟲的物理尺寸和釋放速度 測試蠕蟲上特定電荷允許其攻擊目標的概率。
當沒有靜電時，只有十分之一的蠕蟲軌跡能夠成功到達目標。
該模型顯示，數百伏的電荷（與飛行昆蟲的大小相同）會在跳蟲中產生相反的電荷。並且大大增加了它與空氣中昆蟲接觸的機會。僅 100 伏的充電導致擊中目標的概率低於 10%，而 800 伏的充電則將成功的概率提高到 80%。
蠕蟲跳躍時需要消耗大量能量，在空中很容易被捕食或脫水。
“我們的研究結果表明，如果沒有靜電，這些蠕蟲中進化出這種跳躍的掠食行為是沒有意義的，”蘭說。
科學的過去與未來
研究人員推測，靜電感應是驅動蠕蟲與其目標之間相互作用的機制。篩選研究論文最終得出了蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋提出的歸納定律。
“麥克斯韋是有史以來最有成就的物理學家之一，他有著類似於愛因斯坦的奇怪想像力，”蘭說。 “事實證明，我們的蠕蟲充電機制模型與麥克斯韋在 1870 年代對靜電感應的預測是一致的。科學史上埋藏著許多寶藏。有時，成為一名科學家就像成為一名考古學家。”
阻力是方程的另一個重要部分。因為蠕蟲很小，研究人員用在空中飛行的保齡球來比喻。它不受太多依賴於它的漂浮羽毛的阻力的影響
運行實驗數據來模擬靜電荷與不同風速相結合的影響。結果揭示了每秒 0.2 米的微風與更高的電壓相結合如何增加蠕蟲擊中目標的機會。
這項工作為進一步研究靜電在生態系統中的作用提供了一個新框架。
“我們生活在一個充滿電的世界。電無處不在。但微生物的靜電在很大程度上仍然是一個謎，”奧爾特加-希門尼斯說。 “我們正在開發工具來調查與這個謎團相關的許多更有價值的問題。”
這項工作得到了 WM Keck 基金會和埃默里藝術與科學學院 Tarbutton 博士後獎學金的資助。
