Акустический камуфляж спас ночных бабочек от летучих мышей

Группа ученых из Великобритании исследовала наноструктуру крыла ночной бабочки Bunaea Alcinoe. Оказалось, что чешуйки на крыльях, благодаря своему строению, поглощают звуковые волны, создавая тем самым акустический камуфляж, что спасает мотыльков от обнаружения летучими мышами. Результаты исследования опубликованы в PNAS.

Летучие мыши едят насекомых, в том числе крупных ночных бабочек. «Гонка звуковых вооружений» между ними и летучими мышами продолжается уже 65 миллионов лет; различные классы ночных бабочек разработали множество активных и пассивных стратегий защиты. У некоторых развились «уши», которые улавливают ультразвуковые сигналы летучих мышей, что позволяет им уклоняться во время полета, а, Arctiinae, Geometridae и другие бабочки производят громкие ультразвуковые щелчки при атаке, что может напугать летучих мышей, предупредить их о ядовитости мотыльков или даже заглушить биологический эхолокатор хищника. Однако многие неядовитые бабочки, не обладающие слуховыми способностями, вынуждены полагаться на пассивный акустический камуфляж, чтобы избежать поимки летучими мышами.

Как и у большинства летающих насекомых, крылья ночных бабочек состоят из твердой тонкой хитиновой мембраны, подвешенной между сетью более жестких прожилок крыла. При этом верхняя и нижняя поверхность крыла бабочек покрыта наслаивающимися друг на друга чешуйками, что дало им научное название Lepidoptera (от греческого lepidos — чешуя; pteron — крыло). Морфология крыльев влияет на аэродинамику, терморегуляцию и смачиваемость поверхности крыла. Предполагается, что структура поверхности крыльев также связана с тем, как неядовитые ночные бабочки, не обладая тонким слухом, скрываются от летучих мышей, но до сих пор подробных исследований в этой области не проводилось.

Ученые из Университета Бристоля изучали вибродинамику чешуек ночных бабочек Bunaea alcinoe, чтобы понять их роль в создании акустического камуфляжа против эхолокации летучих мышей. Используя конфокальную и сканирующую электронную микроскопию, они проанализировали трехмерную наноструктуру чешуек, покрывающих передние крылья. Анализ показал, что чешуйки вибрируют на резонансных частотах 28,4, 65,2, и 153,1 килогерц, которые лежат в диапазоне 20–150 килогерц природного эхолокатора летучих мышей. Таким образом, они поглощают зондирующие ультразвуковые волны, исходящие от летучих мышей, минимизируя обратное рассеяние и скрывая бабочку от обнаружения.

Стоит отметить, что у большинства видов бабочек резонансные свойства чешуи лежат вне пределов эхолокации летучих мышей, а Bunaea alcinoe же получили эволюционное преимущество, уменьшая эхо, возвращающееся к летучим мышам. Чешуя имеет листовидную форму с лезвием, непрерывно расширяющимся от базального гнезда, заканчивающимся широким верхушечным краем, глубоко надрезанным и образующим несколько удлиненных расширений.

Структура чешуек двухслойная и имеет разный размер отверстий на верхней и нижней пластине, которые соединены между собой каркасом трабекул (мышечных перегородок), что, вероятно, и придает им функцию поглотителя звука. Однако точного объяснения тому, как крыло мотыльков, а точнее его наноструктура, создает такую функциональность акустического поглотителя, ученые пока не нашли.

Таким образом, исследователи предполагают, что чешуя ночных бабочек действует как резонансные поглотители, которые представляют собой эволюционную адаптацию против биосонара летучих мышей. Существующие резонансные поглотители изготовлены из твердых материалов. В некоторых конструкциях добавляется слой пористого материала для достижения более высоких коэффициентов поглощения. По мнению авторов исследования, полученные результаты могут помочь в разработке более тонких и легких звукопоглотителей для целого ряда применений, включая шумоподавление, строительную акустику и звуковую защиту для военного использования.

Ранее ученые установили, что ночные бабочки питаются слезами птиц, чтобы получить воду, белки и соли натрия, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма. Кроме того, по результатам исследования микроструктуры крыла черной бабочки Pachliopta aristolochiae, был создан материал для солнечных батарей, который способен поглощать до 50 процентов солнечного света.

Тимофей Кочкар