Ученые раскрыли тайну складных крыльев божьей коровки

Ученые из Токийского университета сумели раскрыть тайну складных задних крыльев божьих коровок, выяснив, что в этом процессе напрямую участвуют не только уже хорошо изученный «гидравлический привод» с сеткой сосудов, но и надкрылья с брюшком. Работа исследователей опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences, а краткое ее изложение приводит Phys.org.

Божьи коровки способны при передвижении на лапках компактно складывать крылья под жесткими надкрыльями, чтобы защитить их от повреждений. При необходимости взлететь задние перепончатые крылья расправляются в среднем за 0,1 секунды. Этот механизм хорошо изучен, потому что перед расправлением крыльев божьи коровки поднимают надкрылья.

Перепончатые задние крылья жуков под надкрыльями сложены по типу оригами и пронизаны сетью сосудиков, заполняющихся жидкостью. Перед взлетом божья коровка поднимает надкрылья и напрягает мышцы третьего грудного сегмента, повышая давление жидкости в сосудиках летательных крыльев. В результате упругость сосудов возрастает и крыло расправляется.

Увидеть же в подробностях процесс складывания крыла ученым прежде не удавалось. Дело в том, что после посадки божья коровка складывает надкрылья и только после этого начинает втягивать задние крылья, активно помогая себе брюшком. В среднем на складывание летательных крыльев у жуков уходит около двух секунд.

Для изучения процесса складывания крыльев ученые использовали семиточечную коровку (Coccinella septempunctata). Ей удалили часть правого жесткого надкрылья. Удаленный участок затем использовали в качестве оснастки для создания его копии из прозрачной акриловой смолы, отверждаемой ультрафиолетом. Акриловая копия надкрылья затем была наклеена на остаток надкрылья божьей коровки.

Исследователи вели рапидную съемку жука, а также изучили под микроскопом удаленный участок надкрылья. Выяснилось, что внутренняя сторона надкрылья имеет рельеф, соответствующий узору сосудиков летательного крыла. Кроме того, на внутренней стороне надкрылья есть своего рода «липучки» — участки, покрытые мельчайшими щетинками, удерживающими сложенное крыло.

Аналогичные «липучки» расположены и на верхней стороне брюшка. Выяснилось, что после приземления божья коровка складывает надкрылья, а затем начинает поджимать и расправлять брюшко. В этот момент давление в сосудиках снижается. При первом поджимании брюшка сосудики укладываются в соответствующие им выемки на внутренней стороне надкрылья.

После расслабления брюшка оно проскальзывает по нижней стороне задних крыльев. Затем божья коровка вновь напрягает брюшко, которое, поджимаясь, подцепляет крылья и заправляет их под надкрылье. При этом прозрачные перепонки между сосудиками выполняют роль направляющих при складывании крыла.

Как отмечают ученые, в отличие от непосредственно оригами крылья божьей коровки не складываются под острыми углами, а как бы скручиваются. Благодаря этому, вероятно, сохраняется их механическая прочность. Кроме того, скручивание позволяет избегать перегибов сосудиков и их перекрытия из-за деформации.

Так, сокращая и расслабляя брюшко, божья коровка добивается полного складывания задних крыльев под надкрыльями. Исследователи полагают, что сложенные эластичные крылья начинают играть роль своего рода сжатых пружин. При подъеме надкрыльев их внутренняя часть перестает цеплять задние крылья и те, наподобие пружины, начинают расправляться. Процесс расправления затем подхватывается «гидравликой».

Японские ученые полагают, что изучение механизмов расправления и складывания крыльев у божьих коровок и некоторых других жуков позволит найти лучшие технические решения для создания механизмов складывания для различной техники, начиная солнечными панелями и антеннами спутников и заканчивая крыльями палубных самолетов.

В настоящее время механизмов складывания и раскладывания крыла, похожих на таковые у жуков, не существует. Используемые на палубных самолетах механизмы представляют собой набор гидравлических приводов и замков. Крыло палубного самолета на некотором расстоянии от своего корня имеет шарнирно-петлевое место сгиба.

Специальные насосы, нагнетая давление в гидравлической системе заставляют привод механизма раскладывать или складывать крыло. В крайних положениях крыло фиксируется. Складное крыло используется на палубных самолетах для экономии места, чтобы их можно было компактнее размещать в ангарах или палубных стоянках.

В начале февраля текущего года исследователи из NASA и Университета Бригама Янга представили дизайн складного радиатора для охлаждения малых искусственных спутников Земли. Этот радиатор складывается и раскладывается по принципу оригами. Устройство будет контролировать уровень теплоотдачи, регулируя глубину складок: чем она выше, тем больше тепла будет поглощать прибор.

Василий Сычёв