Тайна природы разгадана: как мухи приземляются вверх ногами

Ученые наконец-то разгадали загадку, терзавшую их пытливые умы с того момента, как они обратили внимание на этот удивительный феномен: летают мухи вниз ногами, а сесть могут на потолке. Как они это делают?

Как сообщается в журнале Science Advances, международная группа исследователей раскрыла тайны высшего мушиного пилотажа, хорошенько понаблюдав за мухами синими или по-научному — Calliphora vomitoria.

Вплоть до 1950-х годов предполагалось, что мухи летят в нормальном положении, а затем внезапно переворачиваются. Оказалось, что это не так. Следующая теория подошла ближе к разгадке: при приближении к расположенной на потолке посадочной площадки мухи выполняют, как выражаются авиаторы, «полу-бочку», а затем сила инерции окончательно разворачивает их тело. Они вытягивают вперед свои липучие передние ноги, чтобы зацепиться за потолок, и затем сила инерции разворачивает их, так что остальные четыре ноги касаются потолка. Иными словами, считалось, что мухи делают полуоборот, давая клею на их маленьких ножках и законам физики довести дело до конца.

Но не все наблюдения подтверждают эту теорию. Одни мухи осуществляли посадку именно таким образом, а другие — нет. Теперь бесстрашная команда из Университета штата Пенсильвания, Института фундаментальных исследований в Бангалоре и Университета штата Колорадо создала то, что на сегодняшний день считается «наиболее полным исследованием посадочных маневров мух».

Мухи синие были отсняты с помощью высокоскоростного видеоаппарата в специальной камере для полетов. Движения тела и крыльев насекомых отслеживались с использованием анатомических ориентиров. Так ученые пришли к выводу, что насекомые демонстрируют значительно более сложное поведение, чем считалось раньше.

«Эти посадочные маневры с переворотом – едва ли не самое замечательное достижение аэробатики», — говорят они в своей статье. Первый этап приземления на потолке — ускорение вверх. Второй этап состоит в том, что, когда скорость мухи достигает критической точки, насекомые, основываясь на нейрологических сигналах, поступающих от глаз, начинают вращаться, и это — третья стадия.

На четвертой стадии мухи, не прекращая вращения, выбрасывают передние ножки вперед и крепко прижимают их потолку. Волосатые ножки у них снизу липучие, поэтому они и прилипают. Пятая стадия — финальная: разворот тела вокруг передних ног. Теперь вы можете это сделать — если, конечно, вы — муха.

Другими словами, при посадке на потолок задействованы многочисленные системы и согласованные поведенческие модули, включая глаза.

Почему механизм посадки мух на потолок до сих пор не удавалось разгадать? Потому что, как объясняют ученые, мухи способны существенно варьировать угловую скорость по тангажу. «При полете на более высокой скорости горизонтальной или более низкой вертикальной, мухи уменьшают скорость тангажа, но увеличивают размах раскачивания при помощи ног, тем самым регулируя направление импульса движения», — говорят они.

Мухи синие способны совершать вращение относительно плоской поверхности с большей скоростью, чем колибри или даже их подруга плодовая муха. С другой стороны, плодовая муха способна достичь потрясающего оргазма, как продемонстрировали в 2018 году израильские ученые. Плодовые мухи могут считать, что им больше повезло.

Обратите внимание, что в статье описывается лишь посадка с разбивкой на этапы, не более. Сенсомоторные процессы, то есть взаимодействие мозга и мышц мухи — остаются неизвестными.

Итак, каков вывод? Он состоит в том, что, похоже, синие мухи используют для выполнения перевернутой посадки сенсорные сигналы и нейронные процессы. Поэтому, если вы хотите создать роботов, которые могут летать ногами вниз и приземляться вверх ногами, поставив их на потолок, то не исключено, что вам придется разработать интегрированные вычислительные процессы и шасси, оборудованные липучими ножками.

К счастью, мы уже на полпути к этим разработкам. В конце 2018 года ученые из гарвардского Института инженерных решений, основываясь на биологических моделях, создали робота-геккона с электроадгезионными подушками на ногах, который мог перемещаться по вертикальной и перевернутой токопроводящей поверхности. Проект был заказан никем иным, как фирмой Rolls-Royce, которая очень хотела обзавестись крошечными роботами, которые могли бы забираться внутрь сложнейших реактивных двигателей с целью проведения осмотра и, возможно, даже техобслуживания, и при этом не упасть. Эксперимент удался, по крайней мере, в том, что робот-геккон не упал.

Рут Шустер, «ХаАрец», М.Р.