ЛЕНТА

Сальто и вытянутые ноги помогли мухе сесть на потолок

Bo Cheng and Pan Liu / Pennsylvania State University

Американские физики подробно описали новый способ приземления мух на потолок. Выяснилось, что черноголовая синяя муха (Calliphora vomitoria) приземляется вверх ногами в четыре этапа, один из которых — переворот в воздухе. Момент начала переворота насекомое выбирает на основе зрительных стимулов, а потом с помощью них же подстраивает длину необходимого дошагивания или поворота после приземления, пишут ученые в Science Advances.

Умение приземляться на потолок — одна из удивительных особенностей многих насекомых. Казалось бы, только что муха нормально летела ногами вниз, а спустя какие-то доли секунды она уже оказывается сидящей вверх ногами на потолке. Вопрос, что происходит с животным за эти доли секунды, и в какой момент изменяется положение его тела: еще в воздухе, или непосредственно в момент приземления — беспокоил ученых довольно долго, и до сих пор это явление изучено не до конца.

Известно, что мухам прицепиться к потолку помогают пульвиллы — специальные подушечки-присоски на кончике вытягивающихся ног, которые прилипают к поверхности. Благодаря им насекомым даже необязательно полностью переворачивать тело перед приземлением на потолок. Некоторые из насекомых (как, например, комнатная муха Musca domestica) делают только полоборота, а остальную часть приземления «дорабатывают» ногами, иногда делая дополнительный шаг или доворачиваясь относительно вертикальной оси. А вот дрозофила перед приземлением на потолок вообще не вращается — ей оказывается достаточно замедлиться.

Несмотря на то, что многие особенности приземления насекомых на потолок описаны, далеко не все способы переворота известны, а те, которое известны, изучены не слишком детально. Так, американские биофизики под руководством Бо Чэна (Bo Cheng) из Университета штата Пенсильвания обнаружили, что этот процесс может быть значительно сложнее, чем считалось. С помощью видеографа ученые внимательно изучили, какие маневры при приземлении на потолок совершает черноголовая синяя муха (Calliphora vomitoria) — фиксировались движение крыльев, ног и положение тела в процессе приземления. Также авторы работы следили за зрительными стимулами, на которые реагирует насекомое, — в частности скоростью увеличения изображения приближающейся поверхности на сетчатке во время движения вверх, по ней животное может оценить примерное время до возможного столкновения.

Схема эксперимента для исследования маневрирования мухи при приземлении на потолок

Pan Liu et al./ Science Advances, 2019

Поделиться

Динамика изменения углов ориентации тела мухи во время приземления на потолок

Pan Liu et al./ Science Advances, 2019

Поделиться

Выяснилось, что приземление на потолок у этой мухи происходит в четыре стадии. Сначала насекомое резко ускоряется вверх, после этого происходит переворот тела (полный или частичный), затем животное вытягивает ноги и цепляется ими за потолок, а в конце — доворачивает свое тело относительно ног, уже жестко прикрепленных к поверхности. Весь процесс занимает около 60 миллисекунд и примерно 10 взмахов крыльев. Стадия самого переворота занимает от четырех до восьми взмахов с частотой около 170 Герц.

Схема четырехстадийного приземления мухи на потолок

Pan Liu et al./ Science Advances, 2019

Поделиться

Авторы работы отмечают, что и скорость (как вертикальная, так и горизонтальная), углы поворота тела и частота взмахов отличаются от попытки к попытке. При этом далеко не все из них приводят к успешной посадке. Кроме того, ученые выделили несколько закономерностей при маневрировании. В частности, чем ниже при приземлении вертикальная скорость и выше — горизонтальная, тем меньшая степень переворота нужна для успешного приземления. Интересно, что степень разворота в долях от единицы примерно соответствует вертикальной скорости в метрах в секунду: если муха замедлилась до 0,5 метров в секунду, то, чтобы сесть на потолок, ей достаточно совершить половину разворота, то есть повернуться на 90 градусов.

Кроме того, биофизики постарались определить, в какой момент насекомое начинает свой маневр. Cтатистический анализ данных показал, что сигналом к началу процедуры приземления с переворотом становится пороговое значение скорости увеличения изображения потолка на сетчатке. Зрительными стимулами также определяется необходимость в довороте тела после приземления и дополнительных движениях тела и ног.

По словам авторов работы, одна из областей, в которых полученные данные могут оказаться полезными, — это разработка летающих роботов. При этом часто ученые используют и обратную взаимосвязь, измеряя полетные характеристики небольших роботов для изучения маневрирования насекомых. Например, нидерландским ученым удалось таким образом подтвердить механизм резкого разворота дрозофил. Кроме наблюдения за самим насекомыми и их роботизированными моделями, для исследования полета животных часто используют и компьютерное моделирование: например, с помощью него физики показали, за счет чего полет шмеля оказывается устойчивым к турбулентным вихрям в воздушном потоке.

Александр Дубов

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.