Прохладные мышцы: Накопление упругой энергии для полёта

Исследователи из Университета Вашингтона, Иллинойсского технологического института и Гарвардского университета использовали синхротронное излучение на установке APS (Advanced Photon Source) в Аргоннской национальной лаборатории, чтобы изучить, как крыловые мышцы моли Manduca sexta справляются с высокими энергозатратами полёта.

Ключевой метод: Учёные совместили высокоскоростную рентгеновскую дифракцию (5 снимков за цикл взмаха крыла) с измерениями механики сокращения мышц на специальном аппарате "work-loop", имитирующем полёт.

Основное открытие: Температура на спинной (верхней) и брюшной (нижней) сторонах крыла во время полёта может различаться на до 6.9°C. Рентгеновские снимки, сделанные при 25°C и 35°C (в диапазоне реальных температур мышц), показали, что это влияет на работу молекулярных "моторов" — актин-миозиновых мостиков.

• На тёплой (брюшной) стороне мостики работают быстро, активно генерируя силу для сокращения мышцы.
• На холодной (спинной) стороне мостики остаются связанными с филаментами дольше, накапливая упругую деформацию.

Эта накопленная упругая энергия высвобождается в переходные фазы цикла (между сокращением и расслаблением), помогая преодолевать инерционные затраты на ускорение и замедление крыльев.

Цитата ведущего автора, профессора Тома Дэниела: "Сочетание передовых технологий APS и экспертизы в области рентгеновских исследований... позволило по-новому взглянуть на то, как температура, деформация и молекулярные моторы объединяются, чтобы выполнять в одной мышце ряд функций: от привода до пружины".

Исследование раскрывает важный механизм, помогающий летающим видам компенсировать экстремальные энергозатраты полёта, и может иметь значение для понимания принципов движения в целом.