Как личинки прыгают без ног?
Личинка галлицы золотарника длиной 3 мм, прикрепив голову к хвосту, образует кольцо. Затем она сжимает внутренние жидкости в хвостовой отдел, который набухает, повышая давление, как внутренняя камера шины.
Когда адгезионная связь между головой и хвостом больше не может удерживаться, натяжение высвобождается. Это запускает червя в высокий кувыркающийся полёт, который за десятую долю секунды переносит его на расстояние в 20–30 длин его тела со скоростями, сравнимыми с прыгающими насекомыми, у которых есть настоящие ноги.
Направление полёта несколько случайное, а червеобразная личинка немного подпрыгивает при приземлении, но, по-видимому, не страдает. Тем не менее, как способ передвижения, это кажется немного безрассудным.
Однако этот «гидростатический прыжок без ног», как его называют исследователи из Университета Дьюка, изучавшие запуски с помощью сверхскоростных камер, примерно в 28 раз энергоэффективнее (и намного быстрее), чем ползание, как у обычной гусеницы.
Их анализ удивительных прыгающих личинок опубликован 8 августа в Journal of Experimental Biology.
Новизна не в осознании того, что безногие личинки могут прыгать. Это поведение было описано в литературе много раз за последние 50 лет, говорит профессор биологии Шейла Патек, чья лаборатория провела анализ. Чудо здесь — в деталях, запечатлённых на видео со скоростью 20 000 кадров в секунду и с помощью сканирующих электронных микроскопов.
«Иногда они падают и не улетают далеко», — говорит менеджер лаборатории Патек Грейс Фарли, которая провела бесчисленные часы, пытаясь удержать беспокойных червей в фокусе и в кадре перед прыжком. Почти каждый хаотичный полёт уносил их достаточно далеко, чтобы покинуть поле зрения камеры.
Фарли выяснила, что в теле червя есть «шарнир» примерно на трети длины от хвоста. Эта нижняя часть становится тем, что исследователи называют «временной ногой», передающей толчок поверхности.
В то время как другие черви, формирующие кольцо, используют жёсткие выросты (колышки) и части ротового аппарата для создания прочной защёлки между головой и хвостом, личинка галлицы золотарника имеет лишь липкие участки кожи, которые справляются с этой задачей.
При близком рассмотрении под электронным микроскопом эти липкие участки оказываются рядами крошечных чешуек, похожих на пальцы, шириной всего 1 микрон. Они очень похожи на липкие подушечки на лапах геккона.
Фарли говорит, что пока неясно, сцепляются ли эти чешуйки друг с другом или же они прилипают лишь за счёт эффекта ван-дер-ваальсовых сил — слабого электромагнитного притяжения между атомами, находящимися в непосредственной близости (именно так геккон ходит по оконным стёклам).
Адгезионные участки, по словам Патек, похожи на «систему фиксации головы», которая помогает стрекозам и бабкам блокировать голову на месте. Но также возможно, что личинки галлиц выделяют какую-то жидкость на этих подушечках. Детали пока неизвестны.
Открытие и значение
Эта ярко-оранжевая личинка из рода Asphondylia (ещё даже не получившая официального научного названия) питается тканями серебристого золотарника (Solidago bicolor). Их обнаружил биолог Майкл Уайс, когда, вскрывая галлы (вздутия на растениях), заметил, что личинки «прыгают по всему офису!».
Зная, что у Патек есть высокоскоростная камера для изучения прыгающих существ, он предложил посмотреть на них. «Мы просто решили снять их для интереса, — говорит Патек. — Затем мы поняли, что это может быть интересной новой областью исследований».
Механизм защёлкивания, образованный «адгезионными микроволосками» между сегментами червя, по-видимому, является новым. Расчёты, показывающие, насколько прыжок эффективнее ползания, могут представлять интерес для области мягкой робототехники. Эта работа также вписывается в более широкие исследования Патек о впечатляющих ускорениях, достигаемых блохами, муравьями, раками-богомолами и другими существами, которые используют механизм «пружина-защёлка», а не просто мышечную силу.
Близкородственные виды этой галлицы прыгают, чтобы покинуть растение-хозяина и зарыться в землю для окукливания. Но эта конкретная личинка никогда не покидает галл — она окукливается прямо там и превращается во взрослое летающее насекомое. Зачем же ей тогда прыгать?
Возможно, это пережиток навыка от более ранней эволюции червя, предполагает Уайс. Или, возможно, это нужно, чтобы избежать хищников и любопытных биологов.