Мотыльки взлетают из прыжка

Чтобы не бить крыльями по земле, мотыльки сначала подпрыгивают, а уж потом начинают махать крыльями.

Даже тот, кто совсем не разбирается в бабочках, может различить среди них две большие группы: одни во время отдыха держат крылья в поднятом положении над телом, другие же складывают их горизонтально, «домиком». Первых мы обычно так и зовём бабочками, вторые же известны как мотыльки (с другой стороны, мотыльками часто называют и бабочек, держащих крылья сомкнутыми). Это не единственное отличие между ними: так, у бабочек усики-антенны обычно имеют утолщение на конце, а у мотыльков усики прямые или даже мохнатые. Кроме того, туловища у мотыльков толще, чем у бабочек, и гуще покрыты волосками.

Сложенные домиком крылья должны бы доставлять мотылькам большое неудобство: при взлёте они неизбежно задевали бы за твёрдую «взлётно-посадочную» поверхность. (У бабочек, очевидно, строение тела и крепление крыльев таково, что они с первого же взмаха оказываются в воздухе.) И мотыльки нашли простое решение – они стали взлетать из прыжка. То есть прежде чем начать махать крыльями, насекомые подпрыгивают, причём у разных видов стратегии взлёта отличаются. Самые лёгкие из них держат крылья сложенными до тех пор, пока не окажутся в воздухе (некоторые же вообще делают несколько прыжков). Мотыльки средних размеров раскрывают крылья прямо в прыжке, а те, которые весят чуть больше среднего, раскрывают их перед тем, как прыгнуть – в последнем случае первый мах крыльями вниз сочетается с отталкиванием ногами.

За взлетающими насекомыми наблюдали Малькольм Берроуз (Malcolm Burrows) и Марина Доросенко (Marina Dorosenko) из Кембриджа, опубликовавшие на эту тему статью в The Journal of Experimental Biology, коротко о результатах исследования можно прочитать в заметке Джеймса Гормана в The New York Times. Однако изюминка работы заключается не столько в самих по себе прыгающих мотыльках, сколько в том, что они используют для прыжка только лишь мышцы ног. Дело здесь вот в чём: когда зоологи только начинали изучать прыгающих насекомых, то полагали, что всё определяется мышцами, мозгом и нервными цепочками, идущими от мозга к мышцам. Но оказалось, что почти у всех прыгунов есть особые механизмы, либо обеспечивающие необходимую силу, либо синхронизирующие работу толчковых ног.

Например, личинки свинушек, родственников цикад, прыгают со скоростью почти 4 м/с. Сам толчок длится всего 30 микросекунд, скорость же проведение нейронного импульса – аж 2 000 микросекунд, и, если бы всё зависело только от мозга, то одна нога могла бы уже оттолкнуться, тогда как вторая всё ещё ждала бы нервного сигнала. Секрет личинок удалось раскрыть Малькольму Берроузу и другому его соавтору, Грегори Саттону: два года назад они опубликовали в Science статью, в которой рассказывали про своеобразную зубчатую передачу между конечностями насекомых. Через неё движение одной ноги тут же передавалось другой, что гарантировало одновременное срабатывание обеих конечностей.

У обычных кузнечиков и блох стабилизация тела во время прыжка, а равно и способность прыгать только на одной ноге обеспечивается особым креплением ног к телу. Насекомые используют «безмышечную тягу», основанную на конструктивных особенностях суставов конечностей, когда нужно сбалансировать разные по силе мышцы-антагонисты. Что же касается силы для отталкивания, то многие виды используют для прыжка потенциальную энергию, запасённую с помощью особого эластомерного белка резилина, входящего в состав связок. Расправляясь, сжатый резилин отдает 97% запасенной энергии, белок эластин, входящий в состав связок у млекопитающих, – 90%, лучшая резина – 80%.

Однако мотыльки, как было сказано, не используют никаких «технологий», кроме собственных мышц и нервов; можно сказать, что они подпрыгивают, как люди. В качестве толчковых конечностей у мотыльков работают четыре ноги, распределяющие усилие по всей поверхности от которой приходится отталкиваться. Впрочем, авторы работы подчёркивают, что самые массивные из мотыльков в исследовании так и не «поучаствовали» – возможно, что как раз у каких-нибудь особо крупных бражников в прыжке всё-таки срабатывают какие-то дополнительные хитроумные механизмы, позволяющие им подняться в воздух.