Исследование механизма прыжка самых крупных водомерок
Водомерки обитают на поверхности воды. Их ноги, покрытые гидрофобными волосками, создают вмятины (мениски) на водной поверхности, что позволяет насекомым держаться на плаву. Более тяжелые особи создают более глубокие мениски, которые обеспечивают большую подъемную силу.
Для побега от подводных хищников водомерки совершают прыжок вверх. Ранее считалось, что все виды прыгают одинаково: быстро опуская ноги, но не пробивая поверхность воды, используя мениск как «мини-трамплин». Однако этот механизм был изучен только на мелких видах (массой 10–60 мг), которые составляют около 10% от всего размерного диапазона водомерок.
Международная команда исследователей из Южной Кореи, Польши, Франции и Вьетнама в ходе экспедиций в национальный парк Пумат (Вьетнам) изучила механизм прыжка гигантской водомерки (Gigantometra gigas) и других крупных видов массой более 80 мг.
Ключевое открытие: В отличие от мелких видов, гигантские водомерки при прыжке пробивают поверхность воды ногами. После погружения ноги, окруженные слоем воздуха, удерживаемого длинными волосками, быстро движутся вниз в толще воды. При этом возникает сила сопротивления (drag), аналогичная гребле веслом, которая и толкает насекомое вверх на второй фазе прыжка.
- За ~40 миллисекунд гигантские водомерки достигают скорости около 1 м/с и более, что сравнимо со скоростью прыжка мелких видов.
- Математическое моделирование показало, что для особей тяжелее ~80 мг классический механизм (без пробивания поверхности) неэффективен и привел бы к слишком медленному прыжку, делающему их уязвимыми для хищников (например, рыб).
- Новый механизм с пробиванием поверхности и созданием силы сопротивления в воде позволяет достичь необходимой для спасения скорости. Это иллюстрирует роль естественного отбора в эволюции нового способа прыжка у крупных водомерок.
Значение исследования:
- Показано, что близкородственные виды используют разные физические механизмы для одного и того же поведения (прыжка) в зависимости от размера тела.
- Результаты могут вдохновить на создание новых моделей роботов, передвигающихся по воде.
- Работа закладывает основу для будущих сравнительных исследований коэволюции размера тела и механизма прыжка у водомерок.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.