Закручивающиеся удары крылышками превратили медоносных пчел в пловцов

Движение медоносной пчелы по воде обеспечивают закручивающиеся удары крылышек, которые регулируют уровень воды под насекомым и образуют билатерально симметричные волны по бокам тела. Это выяснили американские ученые, которые бросали пчел в воду, а затем следили за тем, как они плывут. Механизм, который пчелы используют для передвижения в воде, ранее не был описан ни для одного другого насекомого, и, по-видимому, уникален, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.

В отличие от многих насекомых, которые могут просто бегать по воде (например, козявки кувшинковые), медоносные пчелы в передвижении по водной глади не так эффективны. Поверхностного натяжения воды недостаточно, чтобы удержать пчелу, а угол смачивания пчелиных крылышек достаточно низкий (от 85 до 102 градусов), из-за чего они сильно намокают, и насекомые не могут их поднять над поверхностью воды. Двигаются пчелы по воде, поэтому, гребя крылышками.

Из-за этого скорость пчел на водной поверхности не превышает пары сантиметров в секунду, а держаться на плаву они могут примерно от двух до пяти минут, так как взмахи мокрыми крыльями (с учетом гидродинамического сопротивления) тяжело даются насекомому. Тем не менее, обычно этого достаточно, чтобы преодолеть несколько метров — например, если необходимо добраться до берега. Поэтому механизм, который пчелы используют при движении крыльев на поверхности воды, по-видимому, довольно хорошо биомеханически продуман — даже несмотря на свою кажущуюся неэффективность.

Изучить его подробнее решили Крис Ро (Chris Roh) и Мортеза Гариб (Morteza Gharib) из Калифорнийского технологического института. Они помещали пчел в пластиковую трубку, которую располагали вертикально над поверхностью воды, а затем стучали по ней, провоцируя падение на брюшко (тех, кто падал на спинку или на бок, из эксперимента исключали). Движения насекомых на воде записывали, подсвечивая их тельца и саму воду так, чтобы на видео была видна их тень и структура получившегося волнового узора.

На воде пчелы двигались со скоростью 1,4–4,3 сантиметра в секунду — примерно в 100 раз медленнее, чем по воздуху. В отличие от полета, движения крыльев пчелы во время плавания по воде были сильно ограничены как по амплитуде (10 градусов против привычных для полета 120), так и по частоте (менее 100 герц против 200–250 при полете).

За счет того, что внутренняя часть крылышка соприкасается с водой и намокает, а внешняя — располагается над водой и остается сухой, движение пчелы по воде обеспечиваются ударами крыльев по поверхности. Узор волн от ударов крылышками интерферирован и билатерально симметричен по бокам, а спереди пчелы волна отсутствует — это означает, что удары крылышек по воде должны обеспечивать движение тела пчелы вперед.

При этом пчелы не просто бьют крылышками по воде: для обеспечения достаточного импульса в начале движения пчела выгибает крылья назад под углом в 30 градусов, что придает ей ускорение, а затем — выгибает их вперед. Такой механизм движения крылышек подтвердила механическая модель: во время первой фазы уровень воды над крылом пчелы поднимается, а затем, во время второй фазы, — опускается, из-за чего поток воды обеспечивают пчеле достаточную тягу — с силой примерно 20 микроньютонов. 

Силы, которую пчелы используют для передвижения по воде, недостаточно для того, чтобы оттолкнуться от ее поверхности и улететь, но, по-видимому, достаточно, чтобы насекомое смогло двигаться вперед. По словам авторов, механизм, который пчелы используют для передвижения по поверхности воды, ранее не был описан ни для одного другого насекомого: большинство из них для передвижения по воде пользуются супергидрофобными ногами. 

Насекомые — не единственные, кому приходится перемещаться по воде. Делать это нужно, например, домовым гекконам, а для того, чтобы вода удерживала их вес, они пользуются ее поверхностным натяжением, быстрыми ударами ног и немного — своей супергидрофобной чешуей.

Елизавета Ивтушок