Лапка мухи

На фото — кончик лапки мухи в сканирующем электронном микроскопе. 

Люди, которые восхищаются красотой мушиных ножек, могут показаться извращенцами. Но с другой стороны, ножки мух и вправду изумляют гармонией сложных приспособлений. На кончике лапки обычной дрозофилы (на фото) расположены крючкообразные коготки, веточки пульвилл (мягких подушечек) и в центре букетик ворсинок эмподия — щетинообразного непарного отростка, расположенного между коготками. Весь этот изящный инструментарий, сообразно размещенный на самом кончике ножки, нужен мухе, чтобы ползать по любым поверхностям. И в этом мухе нет равных! Крючочки позволяют цепляться за мельчайшие неровности. Они могут видоизменяться, подстраиваясь под размер и вес мухи. Тонкие выросты с плоскими присосками-окончаниями, образующие оторочку вокруг ножки, прикрепляются к гладким поверхностям. Эмподий тоже, вероятно, помогает мухе закрепиться на поверхности, секретируя клейкое вещество. Так что муха прекрасно удерживается на любой поверхности и в любом положении, хоть на стене, хоть на потолке.

Так выглядят следы мух: слева бежала нормальная муха, а справа — мутантная с дефектными выростами пульвилл: вместо следов на правой картинке видны две черточки, оставленные коготками. Фото из статьи M. Hüsken et al., 2015. 

Каждая из этих структур достойна особого внимания. Так, пульвиллы интересуют и морфологов, и эволюционистов, и биомехаников. Пульвиллы представляют собой симметричные органы последнего членика ножки. А веточки — это тонкие бесклеточные выросты кутикулы, да еще оснащенные специальными уплощениями на кончиках. С их помощью муха приклеивается к поверхности. Если внимательно рассмотреть поверхность, по которой бегала муха, то можно увидеть характерные мушиные следы, состоящие из серий упорядоченных пятнышек, отражающих расположение выростов пульвилл. Мутанты с дефектной формой этих выростов не оставляют следов, так как они бегают только на коготках. И по вертикальной стене такие мухи взобраться не могут.

Казалось бы, что за ерунда — изучать мушиные следы. За это, пожалуй, можно и Шнобелевскую премию получить. Но на самом деле над феноменом мушиных следов стоит задуматься. Ведь они оставлены клейкой субстанцией. Это значит, что муха приклеивается к поверхности надежно, сразу во многих точках. Но чтобы быстро бежать, ей нужно так же легко и отклеиваться. Иначе мухе придется много времени тратить на отклеивание каждой ноги. Тут эффективность приклеивания (читай — адгезивные свойства субстанции) вступает в противоречие с необходимостью быстро бегать. Химики и биомеханики были бы рады понять, как муха справляется с этой задачей. Ее решение сулит разработку новых веществ и материалов для скрепления поверхностей друг с другом, а то еще и приспособлений для беганья по потолку. В действительности, такие фибриллярные адгезивные материалы уже созданы, и сейчас идет их совершенствование — естественно, с оглядкой на свойства мушиных пульвилл.

Функционально и морфологически сходные структуры — тонкие выросты с уплощенными окончаниями — сформировались у совершенно неродственных групп. На фото показаны кончики лапки: (a) — щавелевого листоеда (Gastrophysa viridula), (b) — красноголовой мухи (Calliphora vicina), (c) — паука Cupiennius salei, (d) — геккона токи (Gekko gecko). Рисунок из статьи L. Xue et al., 2013. 

Эволюционистов мушиные ножки тоже удивляют. Мало того что это превосходно подлаженные друг к другу микроприспособления, сформированные в ходе эволюции и специализированные у разных групп насекомых, — так еще элементы, подобные пульвиллам, имеют совершенно разные животные. Ниже показаны волосковидные выросты на кончиках лапок у жуков, мух, пауков и гекконов. Все они сходны по строению и выполняют сходную функцию — удерживают своих счастливых обладателей на гладких вертикальных поверхностях или даже вниз головой.

Какие гены отвечают за столь явное конвергентное сходство? Любители мушиных ножек могут попробовать ответить на этот волнующий вопрос.