Поверхностные вихри отказались помогать жукам-«глиссерам»

Ученые из Стэнфордского университета построили аэродинамическую модель «скольжения» жуков Galerucella nymphaeae по поверхности воды. Оказалось, что, несмотря на свою высокую скорость, движение по воде более энергозатратно, чем обычный полет. Статья опубликована в Journal of Experimental Biology.

Авторы исследования заинтересовались способностью листоедов G. nymphaeae, чье тело достигает пяти миллиметров в длину, садиться на поверхность воды и развивать на ней огромную для своих размеров скорость в полметра в секунду. В масштабах человека это равнялось бы 500 километрам в час. Насекомых почти невозможно разглядеть при такой скорости, но их можно обнаружить по мелкой ряби на воде. Ученые хотели узнать, что именно происходит, когда жук перемещается вдоль границы двух сред.

Для эксперимента ученые использовали четыре сотни особей G. nymphaeae и родственного им вида G. pusilla, которых они собирали в течение нескольких лет. Исследователи высаживали насекомых на чашки Петри, заполненные водой, и с помощью высокоскоростной съемки запечатлели движения жуков. При этом они отслеживали положение определенных точек тела: глаз, ротового аппарата и также бедренных и берцовых частей конечностей.

Насекомое зацеплялось тарсальными коготками передних и задних лапок за поверхность воды, которая, благодаря поверхностному натяжению удерживала его конечности. Жук продолжал махать крыльями, однако теперь на его полет влияло сочетание различных факторов: поверхностное натяжение, вязкость воды, капиллярное сопротивление, а также смачиваемость отдельных частей тела насекомого. Учитывая эти факторы, ученые построили математическую модель «скользящего» полета.

Модель продемонстрировала, что при увеличении скорости передвижения вдоль границы двух сред полет становится энергетически более затратным из-за влияния капиллярных сил. Тем не менее жук развивал более высокую скорость именно на поверхности воды, чем при обычном полете. Ученые считают, что это происходит из-за того, что насекомое само прилагает больше сил, чтобы, например, эффективно искать плавающую на поверхности пищу. При этом вода является своего рода энергетической ловушкой, заставляя жуков тратить больше сил при отрыве от поверхности воды.

Способность некоторых насекомых перемещаться по поверхности воды находит применение в различных устройствах. Например, биологи и инженеры создали миниатюрного робота-насекомого, похожего по своему строению на клопов-водомерок. Эти роботы способны гулять по воде, а также совершать высокие прыжки, отталкиваясь от ее поверхности.

Александр Еникеев