Как мотыльки создают плащи-невидимки от биосонара хищников

Исследователи из Бристольского университета и синхротрона Diamond Light Source раскрыли, как мотыльки создают мощный стелс-покров, предотвращающий обнаружение с помощью биосонара. Работу возглавил профессор сенсорной биологии Марк Холдерид, сенсорный эколог и биоакустик.

Он посвятил более 20 лет изучению летучих мышей и их способности к эхолокации. Основываясь на уроках от стелс-покрова, обнаруженного в мире насекомых, он начал разработку био-вдохновлённых звукопоглотителей.

Используя ingenious свойства крыльев мотыльков, можно создать звукопоглотитель с высокой эффективностью и минимальными требованиями к пространству. Такие решения могут быть на 90% тоньше и легче существующих, делая возможными экзотические материалы вроде звукопоглощающих обоев.

Профессор Холдерид объясняет: "Мы изучаем, как ночные насекомые без ушей полагаются на акустический камуфляж против летучих мышей, демонстрируя сложную акустическую гонку вооружений между хищником и жертвой".

Ключевое открытие касается адаптации шелкопрядов. Эти ночные насекомые не имеют ушей, чувствительных к ультразвуку, и полагаются исключительно на акустический камуфляж, обеспечиваемый их волосистыми телами и тонким слоем перекрывающихся чешуек на крыльях.

Удаление волосков или чешуек делает их эхо громче. Это означает, что волоски и чешуйки поглощают звуки, используемые летучими мышами, создавая мощный стелс-покров.

"Мы обнаружили, что тонкий слой перекрывающихся чешуек на их крыльях также действует как акустический метаматериал — единственный известный в природе — с исключительными звукопоглощающими свойствами", — говорит профессор Холдерид.

Визуализация крыльев мотыльков на синхротроне Diamond Light Source сыграла решающую роль в раскрытии микро- и наноструктуры этого природного акустического метаматериала.

Профессор Кристоф Рау, главный учёный на станции Diamond, добавляет: "Мы использовали птихографию, чтобы показать, как нанопористость дополнительно повышает акустические характеристики крыльев мотыльков. Звукопоглощающие свойства грудных чешуек мотыльков способны поглощать около двух третей звуковой энергии, испускаемой хищником-летучей мышью, что значительно увеличивает выживаемость насекомого".

Для исследования использовалась станция I13-2 Diamond-Manchester, где с помощью in-line phase contrast томографии изучались мельчайшие детали структур, что дало ключевые данные для акустического моделирования.

Архитектура крыльев чрезвычайно тонка, поэтому требуется разрешение на наноуровне, чтобы связать дизайн крыла со способностью поглощать звук. Станция I13-1 обеспечивает возможности визуализации с самым высоким пространственным разрешением с помощью метода птихографии.

Старший научный сотрудник Кудакуаше Джаката, выполнявший сбор и анализ данных, заявляет: "Данные высокого разрешения действительно впечатляют своим качеством".

В целом, многоуровневые возможности станции I13 обеспечивают целостный подход к идентификации и пониманию различных звукопоглощающих структур, защищающих мотыльков от хищников.

Помимо контроля шума, профессор Холдерид подчёркивает решающую роль биоразнообразия. Потеря биоразнообразия уменьшает наши шансы открывать и учиться у удивительных изобретений природы.