Секретное оружие комара: легкое касание и сильные крылья
Ученые обнаружили ключ к скрытному взлету комаров: они почти не отталкиваются при быстром побеге, а вместо этого полагаются на сильные и быстрые взмахи крыльев, чтобы быстро подняться в воздух незаметно.
Эта техника разительно отличается от других насекомых, например, мух, которые сначала отталкиваются, а затем начинают судорожно бить крыльями, часто беспорядочно кувыркаясь. Однако этот сильный толчок выдает их местоположение, позволяя нам прихлопнуть их легче, чем комара.
«Комары взлетают в основном за счет крыльев и отталкиваются ногами очень-очень слабо, а может, и вовсе не отталкиваются», — сказала София Чанг, аспирант Калифорнийского университета в Беркли, которая ловила и кормила малярийных комаров, чтобы изучить их взлет. «Если бы они сильнее отталкивались ногами, им не пришлось бы создавать столько подъемной силы крыльями. Но если они поднимаются только за счет крыльев, вы не почувствуете, как они слетают с вашей кожи».
Комары способны совершать такие скрытные взлеты как с пустым брюшком, так и с брюшком, наполненным порцией крови, что почти удваивает их вес.
Работая в лаборатории Флориана Мюйреса в Вагенингенском университете в Нидерландах, Чанг перебрала 600 комаров, пока команда совершенствовала установку для съемки взлета тремя высокоскоростными камерами со скоростью 125 000 кадров в секунду. Изначально Чанг кормила их кровью со своей собственной руки, прежде чем энтомолог Вагенингенского университета Йерун Спитцен предоставил проекту свое энтомологическое оборудование и опыт для искусственного кормления.
Команда использовала вид комаров Anopheles coluzzii (который может переносить малярию, но в эксперименте содержался в стерильных условиях) в надежде найти ключи к маневрам полета, которые можно было бы использовать против них.
«Эти исследования также могут дать подсказки о том, как строить очень-очень маленьких роботов. Это область, где миниатюризация — это Святой Грааль», — сказала Чанг.
Она и ее коллеги, включая профессоров интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли Роберта Дадли и Мими Кёль, в первую очередь интересовались тем, как насекомые изменяют взлет при переносе дополнительного веса, например, порции крови. Высокоскоростные камеры зафиксировали четкие силуэты комаров и их бьющих крыльев, что позволило Мюйресу создать трехмерные модели взмахов для расчета подъемной силы и других аэродинамических сил. Из множества снятых комаров в исследовании были проанализированы 63 видео: 32 — с напитавшимися кровью комарами, 31 — с голодными.
Чанг, Мюйрес и Ваутер ван Вин с удивлением обнаружили, что комары начинают бить крыльями примерно за 30 миллисекунд до отрыва, используя необычайно высокую — и раздражающе визжащую — частоту взмахов около 600 ударов в секунду. Другие насекомые схожего размера бьют крыльями около 200 раз в секунду.
Они также обнаружили, что насекомые используют свои исключительно длинные ноги, чтобы мягко вытягивать их и медленно надавливать в течение 30 миллисекунд перед взлетом, отрываясь едва заметным толчком. Когда Чанг и Мюйрес рассчитали вклад крыльев во взлет, они были впечатлены: крылья обеспечивали не менее 60% силы — а возможно, и всю силу, — необходимой для отрыва сытого комара от кожи.
«Вместо того чтобы двигаться быстро, они не торопятся, но ускоряются все время, так что достигают конечной скорости, почти такой же, как у плодовых мушек», — сказала Чанг. «Это может быть уникальной особенностью комаров, а возможно, даже кровососущих насекомых».
Команда выяснила, что плодовые мушки при взлете прилагают почти в четыре раза больше силы, чем комары. Соавтор Барт Биманс сравнил анатомию мышц ног комаров и плодовых мушек и обнаружил, что у комаров отсутствуют мышцы для быстрого толчка, которые есть у плодовых мушек, предположительно «потому что [комарам] нужно создавать меньшую силу при толчке», — сказал Мюйрес.
«Эти видео показали, что самки комаров, несущие порцию крови, создают дополнительную подъемную силу, необходимую для взлета с такой тяжелой ношей, за счет того, что за каждый взмах крыла они проносят крылья на большее расстояние, чем комары без нагрузки», — отметила Кёль.
Команда теперь планирует изучить посадку комаров, которая столь же скрытна, и сравнить ее со взлетом и посадкой других кровососущих насекомых и некровососущих комаров, чтобы определить, используют ли они аналогичное легкое касание.