Падение — еще не катастрофа

Ученые выяснили, как насекомые сопротивляются гравитации и умудряются возобновить полет даже из крутого пике.

Вытянутое туловище, огромный размах крыльев и переливающаяся окраска. Догадались, о ком идет речь? О стрекозах!

Оригинальность стрекоз не ограничивается внешностью. Достаточно вспомнить, что именно стрекозы, будучи одними из самых древних видов насекомых на планете, были первыми инноваторами в области воздушных полетов.

Ученые под руководством профессора Джейн Вон разгадали сложную задачку в области физики и нейронного контроля, чтобы выяснить, как стрекозы маневрируют в полете и умудряются выправить положение, даже если падают.

Исследование выявило цепочку механизмов, начиная со всех ее пяти глаз, и заканчивая крыльями.

Результаты опубликованы в издании Science.

Уже 20 лет для понимания механики полета насекомых Вон пользуется сложным математическим моделированием. В объяснении эволюции живых организмов физикой Вон пользуется наравне с генетикой.

Насекомые — самые многочисленные виды, и они первыми открыли для себя полет. А стрекозы — одни из древнейших насекомых,

— заявила Вон.

— Попытка понять, как они держатся в воздухе, позволит выяснить, как вообще развивалась способность летать; как именно у животных развивались нейросхемы для балансирования в воздухе и навигации в пространстве.

Проект запустили несколько лет назад, и началось все с трехмерного слежения за стрекозами на большой арене.

Когда мы наблюдали за стрекозами, то одновременно восхищались и расстраивались,

— заметила Вон.

— Траектории полета оказались сложными и непредсказуемыми. Стрекозы постоянно совершают маневры и меняют направление полета.

Для изучения динамики полета и внутренних алгоритмов управления Вон с коллегами разработали контролируемый поведенческий эксперимент, в котором стрекоз сбрасывали вниз головой.

Падение насекомых снимали на камеру, а затем наступила самая непростая часть исследования: нужно было расшифровать движения стрекоз. Ученым пришлось учесть много факторов — от аэродинамики взаимодействия крыльев и воздуха до реакции тела на махи крыльями.

В итоге ученые разработали компьютерную модель, которая имитирует полет стрекозы. Однако остался открытым еще один важный вопрос: как стрекозы узнают, что падают, и как им удается скорректировать траекторию?

Вон предположила, что в отличие от человека стрекозы полагаются на две зрительных системы — пару больших сложных фасеточных глаз, и три простых, которые называются оцеллами. Стрекозы оценивают свое положение в пространстве зрительно!

Ученые проверили гипотезу, покрыв глаза стрекоз красителем. Насекомым стало гораздо труднее восстанавливать полет при падении.

Эксперименты показали, что именно зрение прежде всего отвечает за запуск рефлекса у стрекоз, — заявила Вон.

Зрительные сигналы запускают серию рефлексов, которые стимулируют нейронные сигналы к четырем крыльям стрекозы. Крылья приводятся в движение набором прямых мышц, причем взмахи производятся асимметрично, что позволяет стрекозе перевернуться в воздухе после трех или четырех взмахов и продолжить полет. От начала падения до возобновления полета проходит около 200 мс.

Самое сложное было — определить, что ключевую роль играет небольшая асимметрия взмахов, — сообщила Вон.

Результаты исследования, возможно, помогут усовершенствовать полет искусственных летательных аппаратов, крен для которых часто заканчивается падением, а падение практически невозможно остановить.

15.05.2022


Подписаться в Telegram



Биосфера

Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды

В новом исследовании неврологи показали, как&n...

Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки

Бурые медведи, добывающие пищу на полуост...

Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак

Крошечный корень растения толщиной не бол...

Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый

Козы могут отличить счастливого человека от&nb...

Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса

Всем живым существам необходим сон. Когда люди...

Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом
Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом

Новое исследование, проведенное под руков...

Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции
Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции

Исследование, проведенное под руководство...

Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом
Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом

Возможно, вы знаете дрожжи как орган...

Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini
Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini

Международному научному коллективу, состоящему...

Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению
Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению

Яйцо действительно появилось первым. Откладыва...

Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий
Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий

Как природные антимикробные хищные бактерии сп...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Science: Аналоговые вычисления дают решать сложные уравнения и экономят энергию
Science: Аналоговые вычисления дают решать сложные уравнения и экономят энергию
JAAD: Новый метод может помочь дифференцировать два кожных заболевания
JAAD: Новый метод может помочь дифференцировать два кожных заболевания
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре
Долой мифы — вперед к светлому диетическому будущему
Долой мифы — вперед к светлому диетическому будущему
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Прорыв в нанотехнологиях поможет создать дисплей, дающий цвет в реальном времени
Прорыв в нанотехнологиях поможет создать дисплей, дающий цвет в реальном времени
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Science Advances: Мозг формирует эмоции независимо от органов чувств
Science Advances: Мозг формирует эмоции независимо от органов чувств

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса