Крылья плодовых мух помогают им не только летать, но и лучше чувствовать запахи

Новое исследование Университета штата Огайо показывает, что крылья плодовых мух (Drosophila) служат не только для полета, но и для усиления обоняния, помогая насекомым улавливать запахи пищи и партнеров. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Ученые давно задавались вопросом, как насекомые совмещают две ключевые потребности — эффективный полет и навигацию по запаховым следам. Крылья неизбежно нарушают запаховые шлейфы, что навело исследователей на мысль об их возможной двойной функции.

Скептицизм и гипотеза

• Каи Чжао, эксперт по обонянию и биоинженерии, изначально сомневался в этой идее, так как основные органы обоняния — антенны — расположены на голове, впереди крыльев.
• Чэнью Ли, специалист по механике, считал, что крылья эволюционировали исключительно для эффективного полета, так как насекомые с их ограниченной энергией не могут позволить себе неоптимальные конструкции.

Компьютерное моделирование

Чтобы проверить гипотезу, исследователи впервые создали компьютерную симуляцию полета плодовой мухи, встречающей запаховый шлейф. Модель точно воспроизводила движения крыльев, основанные на предыдущих наблюдениях.

Результаты показали, что крылья совершают не просто взмахи вверх-вниз. При приближении к голове происходит характерное движение «вперед и вверх», которое «зачерпывает» потоки воздуха с запахами и направляет их прямо к антеннам насекомого.

Эксперимент с измененной конструкцией

Ученые решили проверить, насколько эта часть крыла важна для полета. Они смоделировали крыло без его нижней части, которая составляет около 20% структуры, но, по расчетам, создает лишь ~5% подъемной силы.

• Результат для полета: Модификация не ухудшила, а даже улучшила аэродинамическую эффективность крыла, которое в норме совершает около 200 взмахов в секунду (эквивалентно ~12 000 об/мин).
• Результат для обоняния: Способность направлять запаховые шлейфы к антеннам у модели резко снизилась. Запахи, которые обычно «зачерпывались», теперь проходили мимо виртуального насекомого.

Вывод

Исследование позволяет предположить, что крылья плодовой мухи эволюционировали как компромиссное решение для двух жизненно важных задач: быстрого перемещения и обнаружения слабых запахов в окружающей среде.

«Структура крыла не кажется оптимальной с аэродинамической точки зрения, хотя они и прекрасные летуны. Запах очень важен для насекомых, и это исследование предполагает, что крылья уравновешивают и эту потребность», — отметил Каи Чжао.

Полученные данные могут быть полезны в биоинспирированной инженерии, например, при разработке дронов, способных «чувствовать» запахи (например, взрывчатых или химических веществ). Ученые планируют применить аналогичное моделирование для изучения других насекомых.