Сальто і витягнуті ноги допомогли мухи сісти на стелю

Американські фізики докладно описали новий спосіб приземлення мух на стелю. З'ясувалося, що чорноголова синя муха () приземляється вгору ногами в чотири етапи, один з яких - переворот у повітрі. Момент початку перевороту комаха вибирає на основі зорових стимулів, а потім за допомогою них же підлаштовує довжину необхідного дошагування або повороту після приземлення, пишуть вчені в.

Вміння приземлятися на стелю - одна з дивовижних особливостей багатьох комах. Здавалося б, тільки що муха нормально летіла ногами вниз, а через якісь частки секунди вона вже виявляється сидить вгору ногами на стелі. Питання, що відбувається з твариною за ці частки секунди, і в який момент змінюється положення її тіла: ще в повітрі, або безпосередньо в момент приземлення - турбував вчених досить довго, і досі це явище вивчено не до кінця.

Відомо, що мухам причепитися до стелі допомагають пульвіли - спеціальні подушечки-присоски на кінчику витягуваних ніг, які прилипають до поверхні. Завдяки їм комахам навіть необов'язково повністю перевертати тіло перед приземленням на стелю. Деякі з комах (як, наприклад, кімнатна муха) роблять тільки півоберта, а решту приземлення «допрацьовують» ногами, іноді роблячи додатковий крок або повертаючись відносно вертикальної осі. А ось дрозофіла перед приземленням на стелю взагалі не обертається - їй виявляється достатньо сповільнитися.

Незважаючи на те, що багато особливостей приземлення комах на стелю описано, далеко не всі способи перевороту відомі, а ті, які відомі, вивчені не надто детально. Так, американські біофізики під керівництвом Бо Чена (Bo Cheng) з Університету штату Пенсільванія виявили, що цей процес може бути значно складнішим, ніж вважалося. За допомогою відеографа вчені уважно вивчили, які маневри при приземленні на стелю здійснює чорноголова синя муха () - фіксувалися рух крил, ніг і положення тіла в процесі приземлення. Також автори роботи стежили за зоровими стимулами, на які реагує комаха, - зокрема швидкістю збільшення зображення поверхні, що наближається на сітківці під час руху вгору, по ній тварина може оцінити приблизний час до можливого зіткнення.

З'ясувалося, що приземлення на стелю у цієї мухи відбувається в чотири стадії. Спочатку комаха різко прискорюється вгору, після цього відбувається переворот тіла (повний або частковий), потім тварина витягує ноги і чіпляється ними за стелю, а в кінці - повертає своє тіло відносно ніг, вже жорстко прикріплених до поверхні. Весь процес займає близько 60 мілісекунд і приблизно 10 помахів крил. Стадія самого перевороту займає від чотирьох до восьми помахів з частотою близько 170 Герц.

Автори роботи зазначають, що і швидкість (як вертикальна, так і горизонтальна), кути повороту тіла і частота помахів відрізняються від спроби до спроби. При цьому далеко не всі з них призводять до успішної посадки. Крім того, вчені виділили кілька закономірностей при маневруванні. Зокрема, чим нижче при приземленні вертикальна швидкість і вище - горизонтальна, тим менша ступінь перевороту потрібна для успішного приземлення. Цікаво, що ступінь розвороту в частках від одиниці приблизно відповідає вертикальній швидкості в метрах в секунду: якщо муха сповільнилася до 0,5 метрів на секунду, то, щоб сісти на стелю, їй достатньо зробити половину розвороту, тобто повернутися на 90 градусів.

Крім того, біофізики постаралися визначити, в який момент комаха починає свій маневр. Статистичний аналіз даних показав, що сигналом до початку процедури приземлення з переворотом стає порогове значення швидкості збільшення зображення стелі на сітківці. Зоровими стимулами також визначається необхідність у довороті тіла після приземлення та додаткових рухах тіла і ніг.

За словами авторів роботи, одна з областей, в яких отримані дані можуть виявитися корисними, - це розробка літаючих роботів. При цьому часто вчені використовують і зворотний взаємозв'язок, вимірюючи польотні характеристики невеликих роботів для вивчення маневрування комах. Наприклад, нідерландським вченим вдалося таким чином підтвердити механізм різкого розвороту дрозофіл. Крім спостереження за самим комахами та їх роботизованими моделями, для дослідження польоту тварин часто використовують і комп'ютерне моделювання: наприклад, за допомогою нього фізики показали, за рахунок чого політ джмелю виявляється стійким до турбулентних вихорів у повітряному потоці.