Давно известно, что некоторые движения насекомые могут выполнять без мышц — благодаря пружинящим свойствам конечностей. Так, кузнечики и блохи во время прыжка используют потенциальную энергию, запасённую в связках и сухожилиях, и она позволяет им прыгнуть дальше, чем они могли бы за счёт одних лишь мышечных сокращений.
Молодая саранча в прыжке (фото Robert Pickett).
Но, как оказалось, безмышечные движения случаются у насекомых не только по особым случаям, когда нужно прыгнуть высоко и далеко, а гораздо чаще. Можно сказать, что любое движение у них происходит в результате совмещения мышечных и немышечных усилий. Об этом на страницах Current Biology пишут исследователи из Лестерского университета (Великобритания).
Ян Эйк и Томас Матисон экспериментировали с саранчой — точнее, с задними ногами саранчи, которыми эти насекомые отталкиваются в прыжке. Мышца-разгибатель, прикреплённая к бедру задней конечности, у саранчи намного больше мышцы-сгибателя — ведь при прыжке ногу нужно именно разогнуть, и чем мощнее будет соответствующая мышца, тем дальше удастся прыгнуть. Кроме того, в связках и экзоскелете согнутой ноги запасается много энергии, которая высвобождается при прыжке.
Когда биологи удалили мышцы ноги, то обнаружили, что она по-прежнему могла сгибаться, хотя и не до такой степени, как с мышцей-сгибателем. После чего было сделано такое предположение: способность к «самосгибанию» нужна для того, чтобы сбалансировать разгибательные силы мышц и сухожилий, работающих на прыжок. Иными словами, чтобы пружина распрямилась, её нужно сжать, и здесь на помощь сгибающей мышце приходит собственная конструкция сустава, обеспечивающая пассивную сгибающую силу.
Исследователи предположили, что таким свойством обладают все конечности с заметным перевесом одной мышцы над другой, то есть те, от которых требуется либо мощное сгибание, либо мощное разгибание. И предположение подтвердилось: у разных насекомых пассивные силы были как бы встроены в структуру конечностей, в которых одна из мышц-антагонистов была сильнее другой. И это касалось не только специализированных конечностей, но и самых обычных, предназначенных для ползания «пешим шагом».
Ещё раз уточним, что речь не о полностью безмышечном движении, однако в любом движении у насекомых есть, скажем так, мышечная и безмышечная составляющие: даже при обычном перемещении ползком в дело вступают силы, обусловленные конструкцией ног и помогающие сбалансировать разные по силе мышцы. Это позволяет точнее рассчитывать движения и при этом экономить энергию, и исследователи надеются, что это ноу-хау насекомых — как и многие другие их изобретения — будут использованы в робототехнике.
