Раскрыт секрет прогулок насекомых по поверхности воды
Некоторые небольшие членистоногие, такие как комары или водомерки умеют передвигаться по самой поверхности воды. Эту способность насекомые обрели благодаря уникальной структуре своих лапок, которые отталкивают воду.
Небольшие насекомые умеют гулять по воде (фото Wikimedia Commons).
Команда исследователей из Китайского университета Нефти и технологического университета Ляонин изучили механику движений комаров, которая позволяет им передвигаться по водной глади. Подробные знания "секретов" насекомых позволят создавать водных роботов и малые суда с абсолютно новыми гидродинамическими свойствами.
"Результаты новых анализов углубляют наше понимание механизмов прогулок по воде у водяных насекомых", — говорит ведущий автор исследования Цзяньлинь Лю (Jianlin Liu), профессор кафедры инженерной механики в Китайском университете Нефти. Он и его коллеги описывают своё исследование в статье журнала AIP Advances.
Комаров с водой связывают особые отношения: они опускаются на поверхность стоячих водоёмов и откладывают яйца прямо под водой, где эмбрионы развиваются в куколки, а затем покидают водоём уже будучи взрослыми особями.
В рамках своего исследования Лю и его коллеги подробно изучили анатомию конечностей водяных насекомых. Лапы комаров состоят из трёх сегментов, каждый из которых покрыт решетчатой структурой, отталкивающей воду. От туловища комара отходят жёсткие бёдра, которые соединяются суставом с не менее жёсткими голенями, из которых, в свою очередь, исходят гибкие и подвижные лапки. Предыдущие попытки изучить механизм комариных прогулок по поверхности воды учитывали лишь свойства ног насекомых в целом, но не рассматривали их как конечность из трёх частей с разными свойствами.
Комары откладывают яйца прямо под поверхностью воды, откуда потом вылетают взрослые особи (фото Wikimedia Commons).
Лю и его команда измерили плавучесть, создаваемую гибкой лапкой комара. Для этого учёные прикрепили комариную ногу к стальной игле, которая была соединена с колонной индентора и микросенсором. Это позволило исследователям регулировать угол наклона и силу соприкосновения лапки с поверхностью воды, в то время как показания снимались при помощи оптического микроскопа и цифровой камеры.
Биологи обнаружили, что способность насекомого удерживаться на поверхности воды обусловлена исключительно плавучим горизонтальным контактом гибкой лапки с водной гладью. В ходе данного процесса шестью ногами комара генерируется сила, в двадцать раз превышающая вес самого животного.
"Это открытие опровергает общепринятую теорию о том, что чем длиннее ноги у комара, тем более эффективно они производят выталкивающую силу", — сообщает Лю в пресс-релизе.
При снижении общей площади контакта ноги с водой сила адгезии снижается, и насекомое может взлететь. Впрочем, способность лапки к достижению такой большой поддерживающей силы на единицу длины по-прежнему остаётся загадкой для учёных.
В ближайшее время Лю и его команда планируют исследовать микроструктуры на поверхности лап комаров, влажные адгезионные силы и динамическое поведение ног насекомых. Получив ответы на все волнующие вопросы, биологи смогут проложить путь для инженеров к созданию новых плавающих роботов.
