Жуки-водомерки получают ухабистую поездку

Моргнёшь — и пропустишь: Ману Пракаш из Стэнфордского университета (США) описывает, как жук-листоед (Galerucella nymphaeae) в один момент сидит на поверхности пруда, а в следующий — исчезает. «Это явление настолько невероятно быстрое, что ты ничего не видишь», — говорит Пракаш, описывая рябь на поверхности как единственное свидетельство присутствия насекомого. Увидев этот замечательный трюк, Пракаш понял, что должен выяснить, как жукам это удаётся.

Сначала он снимал их на видео без ограничений на кухне, используя тарелки с водой в качестве идеальных мини-прудов. Увидев первую запись, он понял, что столкнулся с чем-то исключительным. Жуки выглядели так, будто катаются на водных лыжах, но развивали невероятную скорость до 0.5 м·с⁻¹ (что эквивалентно скорости человека около 500 км·ч), используя для движения только крылья, словно летя, оставаясь прикреплёнными к поверхности. Пракаш заинтересовался и решил подробнее изучить этот «интерфейсный полёт». Открытие того, что жуки «катаются на водных лыжах» на четырёх ногах во время полёта по поверхности, опубликовано в Journal of Experimental Biology.

Съёмка жуков была невероятно сложной. Пракаш с коллегами — стажёрами Тибо Бардоном и Дон Хён Кимом, а также аспиранткой Хариприей Мукундараджан — фиксировали поведение насекомых высокоскоростной камерой.

Подготовка к полёту

Мукундараджан описывает движения насекомых: «У них сложный способ подготовки к полёту». Сначала жуки поднимают среднюю пару ног, чтобы они не мешали крыльям, затем высушивают каждую ногу и аккуратно погружают коготь на её конце обратно в воду. Сбалансировавшись на кончиках всех четырёх ног, жуки открывают надкрылья, несколько раз взмахивают крыльями, чтобы расправить их, а затем переходят в режим полёта. Крылья совершают характерные движения в виде восьмёрки с частотой около 115 Гц, создавая тягу.

Однако вместо плавного скольжения по гладкой поверхности насекомые двигались так, будто несутся по американским горкам, летя вдоль гребней ряби, которую сами же и создавали. «Почти как ехать по дороге, полной выбоин», — говорит Мукундараджан. «Хотя эти выбоины создаёт само насекомое», — смеётся Пракаш.

Анализ сил

Озадаченные неожиданно ухабистой поездкой жуков, Мукундараджан и Пракаш проанализировали силы, действующие на них при скольжении по поверхности. Они поняли, что насекомые поддерживают тонкий баланс между силой поверхностного натяжения, удерживающей их за коготки лапок, и подъёмной силой, создаваемой крыльями. Именно поверхностное натяжение прочно удерживает их у поверхности.

Создав серию уравнений, описывающих движение насекомых, исследователи объяснили происхождение характерной ряби — единственного видимого свидетельства высокоскоростного перемещения.

Механизм движения

Согласно Пракашу, каждый взмах крыла создаёт силу, которая на мгновение толкает насекомое вниз, заставляя его «подпрыгивать» по поверхности воды. Дополнительный набор волн — капиллярно-гравитационные волны — также спонтанно генерируется, когда насекомое достигает определённой скорости.

Дуэт учёных отмечает, что существует лишь узкий диапазон условий, при которых насекомое может лететь вдоль поверхности водоёма, оставаясь прикреплённым, а не отрываясь в воздух. Пракаш также оптимистично полагает, что новая математическая модель может объяснить, как перемещаются другие экзотические виды, включая морских мух, которые спокойно качаются на волнах.