Морские водомерки — супер-источник вдохновения
Крошечные морские водомерки, как насекомые-первопроходцы океана, могут хранить секрет создания улучшенных водоотталкивающих материалов. Исследование KAUST также дает представление о физических особенностях насекомого, включая волоски и восковое покрытие на его теле, и его движении для избегания опасностей моря.
«Наше междисциплинарное исследование — первое в своем роде, изучающее два вида морских водомерок: обитающего в океане Halobates germanus и его прибрежного родственника H. hayanus», — говорит Гаури Махадик из Центра исследований Красного моря. Целью было понять, как эти насекомые эволюционировали, чтобы выживать в суровых морских условиях.
Сталкиваясь с волнами, ультрафиолетовым излучением, дождем, соленой водой и хищными птицами и рыбами, насекомым нужен специализированный набор адаптаций. Команда поймала два вида Halobates в Красном море и прибрежных мангровых лагунах и акклиматизировала их к условиям аквариума.
«Сложно содержать морских Halobates в лаборатории, потребовались многочисленные пробы и ошибки», — отмечает Махадик. Насекомые каннибалы, поэтому их важно хорошо кормить.
Исследователи использовали оборудование для высокоразрешающей визуализации, включая электронную микроскопию и сверхбыструю видеосъемку, чтобы изучить различные волоски на теле насекомых, поведение при груминге и движения при уклонении от имитированных капель дождя и хищников. Тело насекомого покрыто волосками разной формы, длины и диаметра, и оно выделяет высоководоотталкивающую восковую смесь для ухода за собой.
«Крошечные волоски имеют форму клюшки для гольфа и плотно упакованы, чтобы предотвратить проникновение воды между ними. Этот волосяной слой, если насекомое случайно погружается в воду, заключает его в воздушный пузырь, помогая дышать и быстро всплывать», — говорит соавтор Ланна Ченг из Океанографического института Скриппса.
«В состоянии покоя даже пять процентов общей поверхности ног насекомого не контактирует с водой; так что оно практически парит в воздухе», — говорит Мишра.
Если капли воды попадают на насекомое, они скатываются или, как зафиксировала команда KAUST на камеру, насекомое подпрыгивает и делает сальто, чтобы сбросить капли. Исследователей удивила скорость, с которой оно двигалось, чтобы избежать хищников и накатывающих волн.
«При взлете с поверхности воды мы наблюдали, как H. germanus ускоряется примерно на 400 м/с2», — говорит Тороддсен. «Для сравнения: у гепарда или Усэйна Болта максимальное ускорение составляет около 13 м/с2 и 3 м/с2 соответственно. Это необычайное ускорение обусловлено крошечным размером насекомого и тем, как оно давит на поверхность воды, подобно использованию батута, чтобы усилить прыжок».
Воск, выделяемый насекомым, представляет большой интерес для материаловедов команды, которые исследуют новые подходы к технологиям отталкивания жидкостей. Волосяные структуры насекомого также влияют на дизайн новых материалов.
«Вдохновленные волосками Halobates в форме гриба, моя группа разрабатывает более экологичные и недорогие технологии для снижения гидродинамического сопротивления и загрязнения мембран», — говорит Мишра.