หากต้องการแตะแหล่งโภชนาการที่ไม่น่าจะเป็นไปได้ สล็อตแตกง่าย แมลงที่มีขนาดเล็กพอที่จะนั่งบนยางลบดินสอจะต้องดูดแรงกว่าสิ่งมีชีวิตที่รู้จัก
Philaenus spumarius froghoppers
เจาะพืชด้วยปากเพื่อกินน้ำนมจาก xylem เท่านั้น ซึ่งเป็นของเหลวส่วนใหญ่ที่ทำจากน้ำซึ่งไหลผ่านท่อประปาภายในของพืช สารนี้ไม่เพียงแต่สูญเสียสารอาหารไปมากเท่านั้น แต่ยังอยู่ภายใต้แรงกดดันด้านลบ ซึ่งคล้ายกับสุญญากาศ การดูดน้ำนมต้องใช้พลังดูดเทียบเท่ากับการดื่มน้ำจากหลอดฟางยาว 100 เมตร
ความสำเร็จดังกล่าวดูไม่น่าเป็นไปได้สำหรับแมลงตัวเล็ก ๆ ที่นักวิทยาศาสตร์บางคนตั้งคำถามว่าไซเลม SAP สามารถอยู่ภายใต้แรงกดดันด้านลบดังกล่าวได้จริงหรือไม่ แต่หลักฐานทางชีวกลศาสตร์และเมแทบอลิซึมบ่งชี้ว่า froghoppers สามารถสร้างแรงกดดันด้านลบได้มากกว่าหนึ่งเมกะปาสกาลนักวิจัยรายงาน 14 กรกฎาคมในProceedings of the Royal Society B
“มันน่าประทับใจอย่างไม่น่าเชื่อ [นักวิทยาศาสตร์] ใช้เทคนิคต่างๆ เพื่อจัดการกับปัญหาที่มีมายาวนาน” เจค โซชา นักชีวกลศาสตร์จากเวอร์จิเนียเทคในแบล็กส์เบิร์กซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าว “แมลงเหล่านี้ได้รับการดัดแปลงมาอย่างดีเพื่อสร้าง” แรงกดดันด้านลบที่รุนแรง
ปัญหามีมายาวนานเพราะการวัดแรงกดดันเชิงลบนั้นยาก ภายในไซเลม น้ำนมจะถูกดึงออกมาราวกับเชือก ซึ่งติดอยู่ในการชักเย่อระหว่างดินที่เป็นรูพรุนและใบไม้ที่โปร่งสบาย การเจาะโรงงานด้วยหัววัดแรงดันสามารถทำลายความตึงเครียดภายในนั้นได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์มักใช้วิธีทางอ้อมมากกว่า โดยการตัดส่วนต้นของพืชและติดปลายใบในห้องกดทับโดยให้ก้านยื่นออกมา นักวิจัยสามารถเพิ่มแรงดันที่กระทำภายนอกโรงงานได้จนกว่าจะเกินแรงดันภายในของพืชและน้ำนมจากไซเลมจะไหลออกมาจากลำต้น . กลยุทธ์นี้ชี้ให้เห็นว่าแรงกดดันเชิงลบของ xylem sap สามารถเกินหนึ่งเมกะปาสกาล
Philip Matthews
นักสรีรวิทยาเปรียบเทียบแห่งมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียในแวนคูเวอร์กล่าว ตัวอย่างเช่น ช้างจะสร้างแรงดันลบได้เพียง 0.02 เมกะปาสคาลเมื่อดูดน้ำปริมาณมากผ่านงวง ( SN: 6/3/21 ) เพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับกบ
นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่า “การดึงข้อมูลเหล่านี้ออกมามีราคาแพงเกินไป ซึ่ง [แรงกดดัน xylem] ไม่สามารถเป็นลบได้” เขากล่าว “จะต้องแยกออกได้ง่ายถ้า [froghoppers are] จะรอดชีวิตจากสิ่งที่เจือจางมาก”
แมตทิวส์และเพื่อนร่วมงานไม่มั่นใจในความสงสัยดังกล่าว จึงพยายามวัดความสามารถในการดูดของกบฮอปเปอร์ด้วยสองวิธี วิธีหนึ่งคือทางชีวกลศาสตร์และอีกวิธีหนึ่งคือเมตาบอลิซึม กบกระโดดผลิตพลังดูดด้วยโครงสร้างที่เหมือนปั๊มในหัว โดยที่กล้ามเนื้อดึงเมมเบรนเพื่อสร้างแรงกดดันด้านลบ คล้ายกับลูกสูบ นักวิจัยได้วัดความยาวและความจุของโครงสร้างเหล่านี้โดยใช้การสแกน micro-CT ของแมลง จากนั้นจึงคำนวณศักยภาพในการดูดของแมลงโดยใช้สูตรทางกายภาพง่ายๆ ของความดันเท่ากับแรงหารด้วยพื้นที่ โดยหลักการแล้ว ทีมงานพบว่ากบกระโดดสามารถสร้างแรงกดดันเชิงลบได้ตั้งแต่ 1.06 ถึง 1.57 เมกะปาสกาล
“เห็นได้ชัดว่าพวกเขาสามารถสร้างความตึงเครียดได้ ดังนั้นพวกเขาจึงต้องได้รับความตึงเครียดจากไซเลมในระดับนี้” Matthews กล่าว “คุณจะไม่พัฒนาความจุมหาศาลขนาดนั้นเว้นแต่คุณจะใช้มัน”
ทีมงานได้ตรวจสอบการประมาณการที่เป็นนามธรรมมากขึ้นโดยการคำนวณว่ากบกระโดดพลังงานใช้ไปมากเพียงใดขณะดูดพืชถั่ว ถั่วลันเตา หรือหญ้าชนิต พลังงานนั้นควรเป็นสัดส่วนกับแรงกดดันที่แมลงต้องเอาชนะในพืช นักวิจัยสามารถคำนวณอัตราการเผาผลาญของแมลงโดยการวางอาหารกบในช่องที่วัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมา ทีมงานยังใช้กล้องตรวจจับของเหลวที่แมลงขับออกมา
เมื่อกบเริ่มดูด อัตราการเผาผลาญของพวกมันเพิ่มขึ้น 50 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์จากอัตราการพัก และแมลงถูกขับออกมามากกว่าตอนพัก นักวิจัยพบว่า ความพยายาม “เหมือนกับการวิ่งมาราธอน” Matthews กล่าว “พวกมันเคลื่อนของเหลวจำนวนมหาศาล…. ถ้าแมลงมีขนาดเท่าคน พวกมันจะฉี่ของเหลว 4 ลิตรต่อนาที”
นักวิจัยคาดการณ์ว่าแม้ว่าน้ำนมจากไซเลมจะเป็นน้ำส่วนใหญ่ แต่ก็มีสารอาหารเพียงพอที่จะเพิ่มพลังให้กบกระโดดได้ “พวกเขากำลังได้รับพลังงานสุทธิ” ผู้เขียนร่วมการศึกษา Elisabeth Bergman นักสรีรวิทยาเปรียบเทียบของมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียกล่าว
เบิร์กแมนและคณะสงสัยว่าพลังดูดของกบกระโดดและผู้เชี่ยวชาญด้านยางไม้จากไซเลมอาจหาที่เปรียบไม่ได้ในหมู่สัตว์ ไม่มีบริบทอื่นใดที่อาหารถูกขังไว้ภายใต้แรงกดดันด้านลบที่สูงเช่นนี้ Bergman กล่าว “แมลงตัวเล็ก ๆ เหล่านี้เป็นเครื่องดูดที่ยอดเยี่ยม” สล็อตแตกง่าย
