Как насекомые отслеживают запахи, ориентируясь в микромасштабных ветрах

Летающие насекомые, такие как важные опылители, используют для поиска источника запаха (например, цветка или феромона) одоровые шлейфы — потоки пахучих молекул, переносимые ветром, подобно дыму.

Однако условия в аэродинамических трубах обычно не воспроизводят реальную изменчивость уличного ветра. Исследователи из Университета Невады в Рино решили изучить микромасштабные ветровые условия в различных природных средах, чтобы понять, с чем сталкиваются насекомые.

Авторы, Джалиса Хоул и Флорис Ван Брёгель, оценили роль механической турбулентности, создаваемой ветром при обтекании наземных объектов (зданий, деревьев, заборов), в отслеживании одоровых шлейфов.

"Поскольку мы изучаем динамику ветра в пределах приповерхностного подслоя шероховатости, большинство известных теорий подобия атмосферы, описывающих свойства ветрового профиля, неприменимы. Поэтому мы используем статистический анализ", — пояснила Хоул.

Учёные собрали данные о приповерхностном ветре в нескольких районах Северной Невады: в степях с полынью, лесах и городских зонах. Они обнаружили, что:

• Направление приповерхностного ветра часто сильно меняется за временные промежутки менее 10 минут.
• Изменчивость направления ветра выше в средах с большей сложностью поверхности (городские районы) и ниже при более высоких скоростях ветра.

"Это важно, потому что насекомые обычно отслеживают запахи при низких скоростях ветра, что означает, что они каким-то образом справляются с высокой изменчивостью направления, с которой сталкиваются", — отметила Хоул.

Интенсивность турбулентности сильно коррелирует со стандартным отклонением направления ветра. Это наблюдение может быть полезно для дизайна будущих экспериментов в аэродинамических трубах, направленных на воссоздание более "естественного" ветра.

На основе своих выводов исследователи выдвинули гипотезу: существует оптимальный диапазон скорости ветра и сложности поверхности, который помогает насекомым находить источник запаха.

"Дальнейшие эксперименты помогут нам лучше понять последствия фрагментации ландшафта для успеха экологически значимых насекомых, отслеживающих шлейфы, таких как опылители", — сказала Хоул.

В ближайших планах учёных — применить полученные данные в экспериментах по отслеживанию шлейфов как в аэродинамической трубе, так и в серии полевых исследований.

Статья "Near-surface wind variability over spatiotemporal scales relevant to plume tracking insects" опубликована в журнале Physics of Fluids 30 мая 2023 года.