Специалисты кафедры энтомологии биологического факультета МГУ установили, что эволюционный переход к крошечным размерам (миниатюризация) и к птилоптеригии (перокрылости), сопровождавшийся у мельчайших жуков выработкой особого механизма полета, позволившие этим насекомым качественно повысить эффективность передвижения по воздуху. Статья опубликована в виде краткого сообщения в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) 21 сентября.
Исследование поможет разобраться в одной из основных тенденций эволюции насекомых — миниатюризации. Результаты работы и дальнейших исследований в этом направлении могут быть использованы инженерами, разрабатывающими миниатюрных летающих роботов, которые пока намного крупнее мельчайших летающих насекомых, но в ходе разработок, подобно многим насекомым в ходе эволюции, тоже становятся все миниатюрнее.
«Это первое сравнительное исследование основных характеристик полета (скорости вообще, скорости при движении в горизонтальной плоскости и ускорения) разных видов мельчайших жуков — представителей семейства перокрылок (Ptiliidae) — и родственных им более крупных жуков из эволюционно близких семейств стафилинид (Staphylinidae) и мертвоедов (Silphidae). Перокрылки отличаются от своих более крупных родичей не только размерами, но и характерным для микронасекомых строением крыльев — так называемой птилоптеригией: у их крыльев очень узкая крыловая пластинка, обрамленная по периферии очень длинными относительно размеров крыла щетинками. Летая с помощью таких крыльев, жуки используют особый механизм полета, при каждом взмахе хлопая крыльями над телом, а затем под ним», — рассказал Сергей Фарисенков, младший научный сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ.
Авторы статьи показали, что несмотря на крошечные размеры, жуки-перокрылки обладают исключительно быстрым и маневренным полетом. Хотя абсолютная скорость полета у летающих животных в целом тем меньше, чем меньше размеры тела, перокрылки, как выяснилось, летают приблизительно с такой же скоростью, как родственные им более крупные жуки, превышающие их по размерам в несколько раз, а максимальное ускорение, достигаемое в полете некоторыми перокрылками, приблизительно вдвое больше, чем максимальное ускорение намного более крупных жуков из родственных семейств. Особенно впечатляющей оказалась относительная (относительно размеров тела) скорость тела отдельных видов перокрылок: жук Acrotrichis sericans может преодолевать в секунду расстояние, в 975 раз превышающее длину его тела, это самая высокая относительная скорость перемещения в горизонтальной плоскости, отмеченная на настоящий момент у кого-либо из животных. Жуков, пойманных во Вьетнаме и в России (в окрестностях Звенигородской биологической станции МГУ), помещали в умеренно освещенные видимым светом прозрачные боксы, где их передвижения по воздуху регистрировали в ярком, но невидимом для самих жуков инфракрасном свете с помощью двух видеокамер для высокоскоростной съемки, а затем реконструировали на компьютере траектории их полета и анализировали различные параметры их перемещений по данным траекториям.
«В дальнейшем планируется продолжить изучение полета мельчайших жуков и их более крупных родичей (а также других микронасекомых и более крупных представителей родственных групп), не только анализируя параметры их передвижения по воздуху, но и моделируя механизм полета (наша группа уже проводит такие исследования, и первые их результаты уже опубликованы)», — добавил заведующий кафедрой энтомологии биологического факультета МГУ Алексей Полилов.
Исследование поможет разобраться в одной из основных тенденций эволюции насекомых — миниатюризации. Результаты работы и дальнейших исследований в этом направлении могут быть использованы инженерами, разрабатывающими миниатюрных летающих роботов, которые пока намного крупнее мельчайших летающих насекомых, но в ходе разработок, подобно многим насекомым в ходе эволюции, тоже становятся все миниатюрнее.
«Это первое сравнительное исследование основных характеристик полета (скорости вообще, скорости при движении в горизонтальной плоскости и ускорения) разных видов мельчайших жуков — представителей семейства перокрылок (Ptiliidae) — и родственных им более крупных жуков из эволюционно близких семейств стафилинид (Staphylinidae) и мертвоедов (Silphidae). Перокрылки отличаются от своих более крупных родичей не только размерами, но и характерным для микронасекомых строением крыльев — так называемой птилоптеригией: у их крыльев очень узкая крыловая пластинка, обрамленная по периферии очень длинными относительно размеров крыла щетинками. Летая с помощью таких крыльев, жуки используют особый механизм полета, при каждом взмахе хлопая крыльями над телом, а затем под ним», — рассказал Сергей Фарисенков, младший научный сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ.
Авторы статьи показали, что несмотря на крошечные размеры, жуки-перокрылки обладают исключительно быстрым и маневренным полетом. Хотя абсолютная скорость полета у летающих животных в целом тем меньше, чем меньше размеры тела, перокрылки, как выяснилось, летают приблизительно с такой же скоростью, как родственные им более крупные жуки, превышающие их по размерам в несколько раз, а максимальное ускорение, достигаемое в полете некоторыми перокрылками, приблизительно вдвое больше, чем максимальное ускорение намного более крупных жуков из родственных семейств. Особенно впечатляющей оказалась относительная (относительно размеров тела) скорость тела отдельных видов перокрылок: жук Acrotrichis sericans может преодолевать в секунду расстояние, в 975 раз превышающее длину его тела, это самая высокая относительная скорость перемещения в горизонтальной плоскости, отмеченная на настоящий момент у кого-либо из животных. Жуков, пойманных во Вьетнаме и в России (в окрестностях Звенигородской биологической станции МГУ), помещали в умеренно освещенные видимым светом прозрачные боксы, где их передвижения по воздуху регистрировали в ярком, но невидимом для самих жуков инфракрасном свете с помощью двух видеокамер для высокоскоростной съемки, а затем реконструировали на компьютере траектории их полета и анализировали различные параметры их перемещений по данным траекториям.
«В дальнейшем планируется продолжить изучение полета мельчайших жуков и их более крупных родичей (а также других микронасекомых и более крупных представителей родственных групп), не только анализируя параметры их передвижения по воздуху, но и моделируя механизм полета (наша группа уже проводит такие исследования, и первые их результаты уже опубликованы)», — добавил заведующий кафедрой энтомологии биологического факультета МГУ Алексей Полилов.
Фото: Средняя скорость жуков Ptiliidae, Staphylinidae, Silphidae (слева направо).