Насекомые гуляют по воде

Многие насекомые могут передвигаться по воде благодаря поверхностному натяжению жидкости, которое выдерживает вес их крошечных тел. Теперь две группы ученых независимо друг от друга раскрыли ключевые детали того, как приспособились к такому передвижению два семейства насекомых — клопы велии (Veliidae) и жуки-вертячки (Gyrinidae). Результаты могут быть использованы для создания миниатюрных водных роботов.

Объектом исследования Виктора Ортеги-Хименеса из Университета штата Мэн и его коллег стали клопы велии из рода Rhagovelia. Наблюдая за этим насекомыми в лабораторных условиях, биологи заметили, что на кончиках средней пары ног у них есть своеобразные веера, и предположили, что клопы, раскрывая и складывая эти веера, удерживают равновесие при крутых поворотах. Используя высокоскоростную камеру, ученые обнаружили, что, когда клоп поворачивает, он раздвигает веера на ногах с одной стороны своего тела, что увеличивает сопротивление, в то время как ноги с другой стороны продолжают скользить более свободно. Веера раскладываеются менее чем за 10 миллисекунд, позволяя клопу развернуться на 180° менее чем за 50 миллисекунд.

Клопы-велии могли беспрерывно двигаться зигзагами по воде в течение нескольких месяцев, заставляя Ортегу-Хименеса задаваться вопросом, откуда у них столько энергии, чтобы поддерживать такую бешеную деятельность. Оказалось, энергии нужно куда меньше. К удивлению Ортеги-Хименеса, когда он опускал мертвых клопов в воду, их веера всё равно раскрывались, не требуя работы мышц. Волоски, составляющие веер, сами раздвигаются при попадании в воду. Таким образом, чтобы повернуть, клопу нужно лишь слегка наклонить свое тело, погрузив веера и увеличив сопротивление с одной стороны. О сделанных выводах ученые сообщили на ежегодной конференции Общества интегративной и сравнительной биологии США.

Инженер из Корнелльского университета Крис Ро (Chris Roh) заинтересовался способностью жуков-вертячек преодолевать расстояние в сто длин своего тела в секунду (для сравнения, люди — пловцы олимпийского класса — способны за секунду проплыть не более 3,5 длины своего тела). Обычно считалось, что вертячка плывет за счет движения ног назад, но Ро и его аспирант Юкунь Сун при помощи видеозаписи установили, что тело жука движется вперед относительно поверхности воды быстрее, чем его ноги движутся назад, что было бы невозможно, если бы ноги оставались единственной движущей силой.

Внимательно проанализировав видеозаписи движения ног вертячки, ученые поняли, что его ноги не гребут назад через воду, а вместо этого движутся вниз и поперек тела. Это боковое движение в воде, по-видимому, создает силу, перпендикулярную движению ноги, очень похожую на подъемную силу, создаваемую лопастью вертолета при вращении, сообщают исследователи в журнале Current Biology. По словам Криса Ро, дополнительный импульс подъемной силы помогает объяснить удивительную скорость вертячки.