Hvordan sølvhårede myrer slår ørkenvarmen

Hvordan sølvhårede myrer slår ørkenvarmen

Saharas sølvmyre Kredit: Norman Nan Shi og Nanfang Yu

Sommeren i Sahara er brændende - sandtemperaturer kan variere mellem 149-158 grader Fahrenheit. Selvom det kan lyde som et dødsønske at løbe gennem den afrikanske ørken ved middagstid, er det kun naturligt for Saharas sølvmyre ( Cataglyphis bombycina ). Insektet dukker op fra sin rede i jorden for at fouragere middag, i stand til at modstå kropstemperaturer op til omkring 127°F.



Disse myrer, der er kendt som 'termofile rensere', 'samler lig af andre insekter [for det meste fluer], der er bukket under for varmestress,' siger Rüdiger Wehner, professor ved Brain Research Institute ved Universitetet i Zürich, Schweiz, som har studeret varmetolerante myrearter i næsten fire årtier. 'Jo højere temperaturen er, jo mere mad er der til dem,' siger han.

Et nærbillede af Saharas sølvmyre. Kredit: Norman Nan Shi og Nanfang Yu

Sølvmyren har udviklet adskillige tilpasninger for at klare den ekstreme varme, herunder en egenskab, der inspirerede dens navn: hår, der glimter sølv i sollys, og som tæt dækker dens ryg og sider. Myren ligner 'en kugle kviksølv, der ruller på jorden, fordi de virkelig glitrer,' siger Wehner. I en undersøgelse, der for nylig dukkede op i Videnskab , Wehner og kolleger opdagede, hvordan disse hår hjælper med at holde myren kølig, og fandt ud af, at de kan bidrage til et fald på fem grader i myrernes kropstemperatur under vindstille forhold.

Først undersøgte holdet hårets form og konfiguration. Ved at undersøge myreprøver gennem forskellige billedbehandlingsteknikker fandt de ud af, at hvert hår ligner et aflangt prisme med to bølgede sider og en flad side. Hårene bøjer ud fra deres rødder i 90 graders vinkler, hvilket efterlader en luftspalte mellem myrens krop og den flade side af folliklerne langs deres længde.

Forskerne brugte derefter spektrometre til at måle lysreflektion i myreprøver med deres hår intakte, samt prøver, hvis hår var blevet fjernet. De fandt ud af, at de hårløse myrer reflekterede 67 procent af det indkommende lys i det nær-infrarøde og synlige spektrum, mens hårløse myrer kun spredte 41 procent af det lys.

Efterfølgende computermodellering viste, at hårets prismatiske struktur og arrangement - det vil sige parallelt, men ikke rørende ved kroppen - øger refleksionen ved at fange indkommende lys og sprede det udad i alle retninger. Den refleksion giver også hårene deres metalliske glans. (Forskerne er stadig ikke sikre på, hvilken rolle korrugeringen på de to sider af hvert hår spiller.)

Et forstørret tværsnit af Saharas sølvmyrehår. Kredit: Norman Nan Shi og Nanfang Yu

I en anden del af undersøgelsen fandt holdet, at hårene ikke bare holder myrerne kølige ved at reflektere lys - de tillader også insekterne at aflade varme til køligere omgivende luft ved at udsende stråling i det mellem-infrarøde spektrum (i dette tilfælde 6-16 mikron) mere effektivt end myrer uden hår.
'[Strålingen] forplanter sig med meget lidt refleksion gennem hårbelægningen og derefter ud i luften,' siger Nanfang Yu, en assisterende professor i anvendt fysik ved Columbia University i New York, og forfatter til undersøgelsen. Men hvorfor reflekterer hårene ikke myrens termiske stråling tilbage i huden? Det viser sig, at bølgelængden af ​​den stråling er meget større end tværsnittet af follikler, som den passerer igennem. Som et resultat heraf fungerer håret faktisk i det mellem-infrarøde område som en anti-reflekterende belægning, siger Yu - en, der gør det muligt for strålingen at bevæge sig fra myrens krop til luften relativt uafbrudt.

Sølvmyrer får mest muligt ud af dette fænomen ved at blive høje - det vil sige at flytte til højder oven på sten eller vegetation, hvor luften er endnu køligere, og varme kan overføres mere effektivt. Når insektet har sænket sin kropstemperatur, springer det ned igen og fouragerer lidt mere langs sandet, indtil det klatrer op igen, og gentager processen igen og igen, i omkring 30 minutter på varme dage. 'De kan bruge op til 70 procent af hele deres rede-ud-tid - det vil sige, når de er uden for reden - på at puste, på at køle af,' siger Wehner. 'Det er et termisk stramt reb, som disse myrer er på.' (Sunde kropstemperaturer under fouragering varierer fra omkring 118-124°F.)

En Sahara-sølvmyre køler af på vegetation. Foto af Rüdiger Wehner

Sølvhårenes kølende effekt fungerer sammen med andre tilpasninger, der hjælper myrerne med at slå varmen. For det første er deres ben uforholdsmæssigt lange sammenlignet med deres krop, som svæver fire millimeter over jorden, ifølge Wehner (den gennemsnitlige myrekrop er kun hævet den halve afstand). Ved 'myrehøjde' kan lufttemperaturen være 27°F lavere end det sydende sand, siger han.

Myrerne kan også løbe ligesom hønsene og have maksimale hastigheder på 70 centimeter i sekundet (normalt løber de 20-30 cm/sek.). Deres sus genererer en vind, der sandsynligvis hjælper med at køle dem ned gennem konvektion, hvorved det varme luftlag, der omgiver insektet, stiger, fordi det er mindre tæt end køligere luft. (Wehner bemærker, at denne effekt ikke er blevet systematisk undersøgt i laboratoriet.)

Mens adskillige andre myrearter kan tolerere ekstrem varme, siger Wehner, at sølvmyren potentielt er unik blandt sine slægtninge til sportslige lokker med metallisk udseende. Han og Yu planlægger at studere de skinnende arter i marken yderligere ved hjælp af infrarøde kameraer til at måle insekternes kropstemperaturer, mens de går deres dag.

Holdet er også interesseret i at anvende det, de har lært om sølvhårene, til at udvikle optiske belægninger, der kan bruges til passivt at køle genstande og materialer ned. 'Måske vil du en dag have en pels med sølvhår,' funderer Wehner.

*Denne artikel blev opdateret den 11. august 2015 for at afspejle følgende ændring: En tidligere version sagde, at myrens hår 'faktisk fungerer som et vakuummedium' i det mellem-infrarøde. Sætningen er blevet opdateret for at indikere, at hårene fungerer som en anti-reflekterende belægning (svarende til, hvad du kan finde på briller for at reducere genskin eller refleksion).