Forskare har upptäckt att en mikroskopisk parasitisk nematod använder statisk elektricitet för att hoppa på flygande insekter, vilket dramatiskt ökar dess jaktframgång. Forskningen, som involverar höghastighetsbilder och matematiska modeller, avslöjar hur elektrostatiska krafter gör det möjligt för masken att överbrygga luckor i luften. Detta fynd belyser rollen för osynliga elektriska interaktioner i små organismernas överlevnad.
Nematoden Steinernema carpocapsae, en parasitisk mask som finns i jord över hela världen utom på polerna, kan hoppa upp till 25 gånger sin kroppslängd —motsvarande en människa som hoppar över en 10-våningsbyggnad— samtidigt som den roterar 1 000 gånger per sekund. När den känner en insekt ovanför sig, krullar den ihop sig till en loop och skjuter iväg sig själv. Om det lyckas, kommer den in i värden genom en naturlig öppning, avsätter symbiotiska bakterier som dödar insektet inom 48 timmar, och lever på bakterierna och vävnaden för att lägga ägg.
Forskare från Emory University och University of California, Berkeley, publicerade sina resultat i Proceedings of the National Academy of Sciences. De använde höghastighetskameror som fångar 10 000 bildrutor per sekund för att registrera maskens banor mot laddade bananflugor. Medförfattaren Justin Burton, professor i fysik vid Emory, förklarade: "Vi har identifierat den elektrostatiska mekanismen som denna mask använder för att träffa sitt mål, och vi har visat mekanismens betydelse för maskens överlevnad. Högre spänning, kombinerat med en liten vindpust, ökar markant oddsen för att en hoppande mask ansluter till en flygande insekt."
Den nyckelmekanismen är elektrostatisk induktion: en insekts vingar genererar ett elektriskt fält på flera hundra volt när de rör sig genom luften, vilket inducerar en motsatt laddning i masken för attraktion. Victor Ortega-Jiménez, biträdande professor i biomekanik vid UC Berkeley som ledde experimenten, noterade: "Man kanske förväntar sig att hitta stora upptäckter hos stora djur, men de små har också många intressanta hemligheter."
Matematisk modellering av Ranjiangshang Ran visade att utan elektrostatik lyckades bara en av 19 hopp. En laddning på 100 volt gav mindre än 10 % framgång, medan 800 volt höjde det till 80 %. Till och med en svag vind på 0,2 meter per sekund förbättrade resultaten ytterligare. Modellen stämde överens med en förutsägelse från 1870 av fysikern James Clerk Maxwell.
Detta arbete banar väg för 'elektrostatisk ekologi', byggt på tidigare upptäckter som bin som använder statisk elektricitet för att samla pollen eller spindlar som utnyttjar laddningar i nät. S. carpocapsae används i biologisk skadedjursbekämpning, och dessa insikter kan förbättra dess jordbruksapplikationer. Som Ortega-Jiménez sa: "Vi lever i en elektrisk värld, elektricitet är överallt runt oss, men elektrostatiken hos små organismer förblir mestadels ett mysterium."