Полет плодовых мушек под микроскопом

Плодовая мушка может изменить направление полета менее чем за одну сотую секунды. Но как она это делает? За последние два десятилетия сформировалось четкое понимание того, как мухи зависают в воздухе, тогда как более поздние работы сосредоточены на понимании того, как выполняются маневры. В обзорной статье, являющейся частью специального тематического выпуска Philosophical Transactions B, Флориан Мюйерс из Вагенингенского университета и Майкл Дикинсон из Калифорнийского технологического института описывают, как мухи управляют движением крыльев для контроля движения тела во время активных маневров и как эти действия регулируются сенсорной обратной связью.

Почему нас должно волновать, как летает плодовая мушка?

Большинство исследований полета проводятся для внедрения в летающих роботов. Почему для этого не берут мощных стрекоз, элегантных бабочек или экономически значимых медоносных пчел? Во-первых, мы много знаем о генетике Drosophila, что помогает отвечать на вопросы, связанные с физиологией полета, нейробиологией и биомеханикой. Во-вторых, плодовым мушкам не нужно много места для полета, и поскольку они наиболее активны на рассвете и в сумерках, они также приспособлены летать в условиях относительно слабого освещения в лабораториях. Поэтому основные исследования проведены именно на плодовых мушках.

Поразительное сходство

Плодовые мушки двигают крыльями вперед-назад, а не вверх-вниз. Это поразительно похоже на то, что наблюдается у колибри, медоносных пчел и бражников. Является ли этот паттерн оптимальным с точки зрения энергетики, не совсем ясно; тем не менее, сходство между видами примечательно и предполагает, что комбинация физических и биологических ограничений сужает набор решений, доступных парящим животным.

Летать как вертолет и как самолет

Как и многие виды мух, плодовые мушки используют паттерн полета, состоящий из прямых отрезков, перемежающихся быстрыми изменениями курса, называемыми саккадами тела. Они, подобно вертолету, опускают нос, чтобы ускориться, и поворачивают, как самолет, при смене направления. В ситуации маневров уклонения мушка должна направить свое движение от места надвигающейся угрозы. Эта гибкость реакции уклонения демонстрирует, что мухи быстро преобразуют визуальную информацию в двигательный паттерн, который генерирует соответствующую комбинацию движений. Чтобы сохранять баланс во время такого маневра, мушка должна выполнять корректирующие движения для контроля ориентации тела. Этот механизм использует входные данные от различных сенсоров: антенн, которые могут обнаруживать двусторонние различия в воздушной скорости; зрительной системы, которая может обнаруживать оптический поток, создаваемый поступательным движением мухи; и жужжалец, которые, как считается, действуют как гироскопы, обнаруживая силы Кориолиса, возникающие при вращении тела. Это позволяет мухе скорректировать себя менее чем за сотую долю секунды.

Эта статья является частью тематического выпуска «Движение в движущейся среде: новые перспективы полета».