Водоотталкивающие морские клопы в 100 раз быстрее Усейна Болта

Новое исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, рассматривает два вида крошечных морских клопов-водомерок, Halobates hayanus и Halobates germanus, для улучшения водоотталкивающих материалов. Исследователи обнаружили, что ключ к способности существовать на поверхности океана находится в восковом покрытии и крошечных волосках животного.

«Наше междисциплинарное исследование — первое в своем роде исследование двух видов морских клопов, обитающего в океане Halobates germanus  и прибрежного родственника H. hayanus», — сказал Гаури Махадик, автор исследования. «Мы хотели понять, как эти насекомые эволюционировали, чтобы выжить в суровых морских условиях, где другие не смогли».

В океане морским клопам есть с чем столкнуться: от падающих волн до суровых погодных систем, хищных рыб и птиц, а также ультрафиолетового излучения солнца. Чтобы пережить такое множество нападений, эти животные приспособили специальный анатомический аппарат, чтобы выжить в океанской жизни. Чтобы узнать больше, команда взяла два вида морских клопов-водомерок из рода Галобатесы из Красного моря и прибрежных лагун мангрового дерева для наблюдений в лаборатории.

Команда использовала оборудование для визуализации с высоким разрешением, включая сверхбыструю видеографию и электронную микроскопию, чтобы ближе рассмотреть волосы на теле насекомого. Они обнаружили, что форма, длина и диаметр волосков варьировались по всему телу. Морские клопы также, по-видимому, выделяли гидрофобное (водоотталкивающее) воскообразное вещество, которое они использовали для ухода за специализированными волосами, предотвращающие захват воды.

«Крошечные волоски имеют форму клюшек для гольфа и плотно упакованы, чтобы предотвратить попадание воды между ними. Этот волосатый слой, если насекомое случайно погружено, заключает его в воздушный пузырь, помогая ему быстро дышать и всплывать на поверхность», — сказала соавторка Ланна Ченг из института океанографии Скриппса при университете Калифорнии, Сан — Диего.

Исследователи обнаружили, что насекомые, по сути, выходили за пределы шага по воде и вместо этого были ближе к зависанию в воздухе. Это было выявлено, когда тщательная проверка показала, что в состоянии покоя менее 5 процентов общей поверхности ног морских клопов находится в контакте с водой. Видеозапись также показала, как капли дождя в основном стекали с гидрофобных волосков насекомых и тех, которые не были сброшены, когда морские клопы прыгали и даже совершали сальто, чтобы высохнуть. 

При взлете с поверхности воды Halobates germanus набирал ускорение со скоростью около 400 м / с2, что более чем в 100 раз превышает скорость Усэйна Болта, который разгоняется до 3 м / с2. В защиту Болта этому быстрому подвигу способствуют крошечные размеры насекомого, а также то, как он использует воду немного как батут, отскакивая от поверхности.

Воск, который облегчает эту океаническую гимнастику, — это то, что больше всего волнует ученых-материаловедов, надеющихся использовать его свойства для технологий жидких репеллентов, хотя считается, что структуры волос насекомого могут также влиять на дизайн материалов для дальнейшего развития «водостойких» технологий. Исследователи в настоящее время сосредоточены на волосах Halobates, которые имеют грибовидную форму, чтобы внедрять более экологичные и более дешевые технологии для уменьшения сопротивления объектов, движущихся через жидкость.

DOI: 10.1038/s41598-020-64563-7

• Исключительный механизм катапультирования блошек может быть применен в конечностях роботов
• Все, что вам нужно знать о биомимикрии и о том, как она меняет наше окружение
• Мотыльки подавляют шум, чтобы избежать гибели