Стрекозиное сальто-мортале

Стрекозы, будучи одними из самых ловких летающих существ, эволюционировали таким образом, чтобы выполнять быстрые воздушные маневры — подобно самолетам в воздушном бою — как для привлечения партнеров, так и для ловли добычи в воздухе. Теперь исследователи задокументировали и объяснили уникальный трюк, который насекомые выполняют настолько быстро, что большинство людей никогда его не замечают.

Каждые несколько минут стрекоза ныряет в воду и снова взлетает, делая при подъеме несколько передних сальто, сообщила команда биомехаников на прошлой неделе здесь на ежегодном собрании Общества интегративной и сравнительной биологии. Цель такого поведения? Быстрое погружение охлаждает насекомое, а петли помогают ему высохнуть, стряхивая воду.

"Это сумасшедшее вращение похоже на то, как некоторые животные отряхиваются", — говорит Виктор Ортега-Хименес, интегративный биолог из Калифорнийского университета (UC) в Беркли, не участвовавший в исследовании. "Это фантастично".

Стрекозы порхают над прудами по всему миру, но особенно многочисленны они в более теплых, тропических климатических зонах. Например, в субтропическом Тайване десятки особей более чем дюжины видов могут одновременно летать над прудами менее 2 метров в поперечнике. Самцы стрекоз территориальны и защищают участок пруда от соперников, чтобы иметь возможность поймать самку для спаривания и откладывания яиц. Именно на Тайване Хуай-Ти Лин впервые увидел, как эти насекомые погружаются в воду.

Два года назад Лин — биомеханик из Имперского колледжа Лондона — и его коллеги установили высокоскоростные видеокамеры, чтобы детально запечатлеть движения, снимая 10 видов стрекоз. Примерно раз в 10 минут стрекоза окунает свое тело в воду, сообщила на собрании Александра Яргер, постдок в группе Лина. Затем насекомое взлетает и, приняв вертикальное положение, начинает выполнять петли, взмахивая брюшком, чтобы стряхнуть воду, вращаясь с поразительной скоростью до 2000 оборотов в минуту. (Для сравнения, стиральные машины достигают максимум 1600 оборотов в минуту.) Насколько известно ученым, по словам Лина, "это также единственный многооборотный летный маневр среди летающих животных".

Скорость, с которой вращаются насекомые, "просто абсолютно безумная", — добавляет Брэди Николс, биомеханик из UC Davis, также не участвовавший в работе. Это еще более удивительно, говорит он, "когда пытаешься представить, как эти стрекозы генерируют такую силу при таком очевидно хрупком теле".

Чтобы выяснить, почему насекомые это делают, Лин и коллеги поместили тонкий термочувствительный провод в мышцы нескольких стрекоз. Затем они нагрели насекомых с помощью тепловой лампы и более детально проанализировали их движения.

Яргер и коллеги обнаружили, что мышцы, приводящие в движение крылья стрекозы, быстро достигают потенциально летальных температур или, по крайней мере, становятся настолько горячими, что могут отказать. Периодическое погружение в воду предотвращает такой перегрев. Если стрекозу перемещали в тень, она остывала за 5-10 минут. В отличие от этого, если насекомое смачивалось, его температура возвращалась к норме примерно за 90 секунд.

Это стало большим сюрпризом для Кристофера Бразерса, который изучает стрекоз и стрелок в UC Davis. "До этого доклада я был уверен, что они избегают контакта с водой, за исключением случаев, когда самки откладывают яйца".

Сальто, похоже, являются побочным продуктом того, как стрекоза взмахивает хвостом, чтобы избавиться от лишней воды. Когда животное отбрасывает хвост назад, оно естественным образом кувыркается вперед. Чтобы убедиться, что исследователи правильно понимают происходящее, они воссоздали это поведение на синтетических моделях стрекоз. "Они не только смогли заснять это явление, но и творчески воспроизвели его, чтобы выяснить, насколько хорошо оно охлаждает стрекоз", — говорит Бразерс.

Николс высоко оценивает методы команды. "Стрекозы печально известны тем, что они очень быстрые и с ними трудно работать в лаборатории", — говорит он, "поэтому я был действительно впечатлен их находчивостью".

Маневр погружения и вращения рискован, отмечает Яргер, поскольку примерно одна из четырех стрекоз в конце-концов тонет. Но если бы насекомые вместо этого направлялись в тень, они могли бы потерять контроль над своими территориями, отмечает Джоанна Бейкер, студентка Стэнфордского университета, изучающая терморегуляцию у мотыльков и не участвовавшая в работе. Таким образом, погружение "подчеркивает реальную и постоянную опасность перегрева, с которой сталкиваются насекомые, проводящие большую часть светового дня в активном полете", — говорит Бейкер. Она добавляет, что, учитывая широкое распространение этого поведения среди стрекоз, "оно, вероятно, очень древнее".