Ученые наконец выяснили, как прыгает блоха
Науку давно интриговал вопрос, как блохам удается делать свои гигантские, по сравнению с размерами их тела, прыжки. Впервые ученые приблизились к разгадке этого секрета полвека тому назад, однако кинотехника, которой они тогда располагали, не дала возможности узнать правду. Только теперь исследователи из Британии смогли с большой точностью воссоздать механизм прыжка этого кровососущего насекомого.
Эксперты из Кембриджского университета взяли скоростную кинокамеру, которая посекундно способна запечатлевать 5 тысяч кадров, что не так уж и много, как кажется на первый взгляд: ведь блошиный прыжок длится всего 0,001 секунды, и на весь процесс этого движения требуется всего лишь пяток кадров. «Этого количества нам вполне хватило, дабы понять, что же происходит на самом деле», - сказал специалист по нейродинамике и нейробиологии Малком Барроуз.
Так как перед самым прыжком блохи обычно приседают столь низко, что опираются на поверхность не только лапками, но и коленями задней пары конечностей, ранее было принято считать, что они отталкиваются от любой поверхности 4 точками. Но новая киносъемка выявила, что где-то каждая десятая блоха осуществляла свой прыжок в тот момент, когда колени никакой опоры не касались.
А это значит, что вся передача усилия производится лишь посредством крайних точек задней пары конечностей. В пользу этого свидетельствует строение ног блохи. «На лапках прыгательных конечностей этого насекомого имеются довольно твердые шипы, обеспечивающие самый оптимальный контакт с опорой во время прыжка, - объясняет нейробиолог Грегори Сатон. – А на коленях как раз нет ничего, что гарантировало бы положительный контакт».
Причем именно такой контакт невероятно важен для того, чтобы блоха при прыжке элементарно не поскользнулась. Ведь развиваемое ею усилие огромно: ускорение при прыжке в 100 раз превышает ускорение свободного падения. Другими словами, в момент своего прыжка она испытывает буквально стократную перегрузку.
«Сравните сами: на астронавтов в шаттле при старте действует всего лишь трехкратная перегрузка. И никакие мышцы не обеспечат такого гигантского ускорения, какое характерно для скачущей блохи, - отмечает Барроуз. - Мышца способна выполнять только одну из двух задач: или она сокращается весьма быстро, развивая вместе с тем сравнительно небольшое усилие, или же наоборот - развивает довольно значительное усилие, однако сокращается при этом не быстро».
Из-за этого блохи, а также пенницы, ногохвостки, кузнечики, сверчки и иные прыгающие представители мира насекомых полагаются на механизм, который напоминает лук или катапульту. Заблокировав задние конечности таким образом, чтобы те не могли двигаться, блоха прибегает к медленному сокращению мышцы.
При этом энергия упругой деформации накапливается в некой эластичной структуре, которая состоит из белка под названием резилин. Как раз эта структура и выполняет роль закрученного жгута катапульты или согнутого лука: она может мгновенно высвободить до 99% накопившейся энергии.
Это самый высокий показатель — выше, чем у любого из соединений, применяемых ныне в технике, говорит Саттон. Отнюдь не просто так австралийские и американские ученые стремятся понять свойства резилина и разработать технологию его искусственного синтеза. Дело в том, что синтетический резилин, скажем, при производстве автомобильных шин или же подошв обуви, может позволить значительно повысить их эксплуатационные характеристики.
Технологи и конструкторы могут подсмотреть у блох не только идею эластичного белка: это кровососущее насекомое вполне может послужить прообразом для прыгающих роботов, убежден исследователь Грегори Саттон.
Комментарии читателей