Miten mustien sotilaskärpästen toukat syövät niin paljon ja niin nopeasti pienestä koostaan huolimatta? Georgia Techin tutkijat ovat tutkineet tätä ”kollektiivista ruokintakäyttäytymistä” ja havainneet, että yksi strategia toukkien ruokintanopeuden maksimoimiseksi sisältää toukkien ”suihkulähteiden” muodostamisen. Tutkijat kuvailivat tuloksia tuoreessa Journal of the Royal Society Interface -lehdessä julkaistussa artikkelissa sekä viihdyttävässä videossa, jossa toukkaparvi kuluttaa kokonaisen pizzan vain kahdessa tunnissa.
”Tämä on tietääkseni ensimmäinen kerta, kun olemme todella yrittäneet kvantifioida, kuinka paljon ne pystyvät syömään ja miten ne pystyvät tekemään sen”, sanoi jatko-opiskelija ja toinen kirjoittaja Olga Shishkov, joka esitteli tutkimustuloksiaan lauantaina Washingtonissa järjestettävässä Amerikan tiedeyhdistyksen tiedejärjestön (American Association for the Advancement of Science) kokouksessa. Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun hänellä on ollut hauskaa demonstroida toukkien runsasta ruokahalua luovilla tavoilla: viime vuonna hän kuvasi videolle, kuinka otukset ahmivat sydämenmuotoisen donitsin ystävänpäivän kunniaksi.
Shishkovin ohjaaja on David Hu, joka johtaa Georgian teknologiainstituutissa bioliikuntalaboratoriota, jossa tutkitaan, miten erilaiset olennot liikkuvat. Hänet tunnetaan ehkä parhaiten työstään palomuurahaisten parissa, mutta hänen laboratorionsa tutkii myös kissankieliä, vesiliskoja, käärmeitä, erilaisia kiipeileviä hyönteisiä, hyttysiä ja tietenkin mustan sotilaskärpäsen toukkia.
Shishkovia veti puoleensa olioiden kollektiivisen dynamiikan tutkiminen, koska hänellä on tausta nestemekaniikassa. ”Olin kiinnostunut näkemään, voisinko soveltaa tuntemiani nestemekaniikan tekniikoita tutkimaan, miten eläimet liikkuvat”, hän sanoo ja toivoo voivansa jonain päivänä soveltaa löytämiään periaatteita robotiikkaan.
Laboratorio sai mustan sotilaskärpäsen toukat Atlantassa sijaitsevalta Grubbly Farms -nimiseltä startup-yhtiöltä, joka kasvattaa niitä kestävänä kanojen ja kalojen rehun lähteenä. Toukat syövät ruokajätettä, erityisesti hedelmiä ja vihanneksia, ja ne pystyvät syömään kaksi kertaa ruumiinpainonsa verran päivässä. Koska ihmiset tuottavat vuosittain 1,4 miljardia tonnia ruokajätettä, nämä toukat ovat yksi mahdollinen ratkaisu sen käsittelyyn. Toukat syövät kuluttajien ruokajätettä, ja ne syötetään vuorostaan kanalle ja kalalle. Siitä kaikki voittavat.
Toukkakasa on sekä pieni että tiheästi pakattu, joten sen tutkiminen on hieman haastavaa. Ruokintakokeita varten toukat sijoitettiin 10 gallonan akvaarioon, jonka ylä- ja alapuolelle oli sijoitettu kamerat, jotta ruokintavimma saatiin kuvattua toiminnassa. Sitten Shishkov ja hänen työtoverinsa käyttivät hiukkaskuvausnopeusmittausta (particle image velocimetry) -nimistä tekniikkaa seuratakseen otusten virtausta saadakseen käsityksen siitä, mitä nälkäisen lauman sisällä todella tapahtui.
He havaitsivat, että tarjotun ruoka-aineen, kuten pizzan, pinta-ala rajoittaa sitä, kuinka monta toukkaa voi syödä samanaikaisesti. Toukat pitävät myös usein taukoja ruokintavimmaisuudestaan ja estävät silti toukkatovereitaan siirtymästä ateriansa kimppuun. Muut nälkäiset otukset kiertävät tämän käyttäytymisen tuottamalla suihkulähteen kaltaista käyttäytymistä: ”Uudet toukat ryömivät sisään alhaalta ja ’pumpataan’ ulos ylhäältä”, kirjoittajat kirjoittavat. Shishkov ym. kehittivät sitten matemaattisen mallin, jolla syömisnopeus voidaan ennustaa.
Tästä tutkimuksesta on vielä yksi käytännöllinen seuraus. Mustan kärpäsen toukkia kasvatetaan jättimäisissä säiliöissä, mikä voi olla ongelma niiden suuren aineenvaihdunnan vuoksi. Ne voivat helposti ylikuumentua ruokailun aikana. Luonnossa ne voivat vain ryömiä pois, mutta säiliöissä niiden liikkuminen on paljon rajoitetumpaa, ja kokonainen kolonia voi helposti ylikuumentua ja kuolla. Siksi toukkien kasvattajat ilmastoivat koko varaston, jossa eläimiä kasvatetaan. Se on kallista ja tehotonta, minkä vuoksi Shishkov ja muut ovat myös keksineet ilmastoivan sängyn – patenttia haetaan – joka puhaltaa viileää ilmaa toukkien ruokintamassan läpi. Näin ne eivät kuumene liikaa ja viljelijät saavat silti suuria satoja.
DOI: Journal of the Royal Society Interface, 2019. 10.1098/rsif.2018.0735 (About DOIs).
.