Исследователи экспериментально показали, что выросты на крыльях бабочек создают акустические помехи, которые мешают летучим мышам вычислять местоположение добычи.

Сатурния луна (Actias luna)Об этом говорится в статье американских специалистов из Университета Джона Хопкинса, чья статья опубликована в журнале Journal of the Acoustical Society of America.

Известно, что дневные бабочки несут на крыльях рисунки в виде глаз, которые способны вводить в заблуждение птиц. Однако авторы статьи показали – защитные приспособления, выполняющие схожую функцию, имеются и у чешуекрылых, летающих ночью. Только «дурачат» они не птиц, а летучих мышей.

Объектом исследования стала американская бабочка сатурния луна (Actias luna). Подобно многим другим представителям семейства павлиноглазок (Saturniidae), она несет на задних крыльях длинные выросты, которые на конце закручены вокруг своей оси.

Ученые генерировали короткие ультразвуковые сигналы, аналогичные тем, что испускают летучие мыши, и затем с помощью микрофона фиксировали, как они отражаются от сатурнии. Оказалось, что благодаря своей форме выросты на крыльях создают вокруг бабочки постоянный акустический шум.

От бабочек, у которых выростов нет, ультразвук может отражаться только двумя способами: когда крыло занимает перпендикулярное положение по отношению к звуковой волне, от него идет сильное эхо, когда параллельное – слабое. Однако выросты находятся под углом и почти всегда порождают дополнительное эхо.

«Бабочка – это очень сложный пространственный объект. Вместо того, чтобы отслеживать каждую точку, от которой отражается звук, летучая мышь как бы говорит себе: “я устремлюсь к центру этого множественного эхо, и там я наверняка что-нибудь поймаю”», -- пояснил Ву-Джанг Ли, соавтор статьи.

Однако звук, отражаемый выростами крыльев, изменяет форму акустического «облака» вокруг бабочки. В результате смещается его центр. Ученые вычислили, что благодаря выростам 53% всего времени полета акустический центр находится за пределами заднего конца тела насекомого. Это значит, что летучая мышь, бросившись к сатурнии, промахнется в каждом втором случае.

По словам авторов статьи, независимое исследование, проведенное другими учеными в 2015 году, подтверждает их гипотезу. В ходе этого исследования было показано, что если сатурния луна лишена крыловых выростов, то она на 47% чаще становится добычей летучих мышей.

Источник: infox.ru

Большинство животных, летая или плавая, изгибает крылья и плавники одним и тем же образом — в аналогичных пропорциях и под схожими углами. Этот, по-видимому, универсальный принцип подходит и мотылькам, и акулам. Возможно, на него стоит обратить внимание тем, кто создаёт устройства, способные передвигаться в воздушной и водной среде. 

Китовые хвосты и птичьи крылья изгибаются одинаково. (Фото Michael L. Baird / flickr.)Сконструировать ЛА, хлопающий крыльями, пытаются давно — вспомним Икара и Леонардо да Винчи. Братья Райт сделали ставку на неподвижное крыло, но стремление понять, каким образом птицам удаётся подниматься в воздух и маневрировать, не угасло. Очевидно, инженерам отчаянно не хватает сведений по аэродинамике этих удивительных существ.

Мнение учёных о том, помогает или мешает птицам гибкое крыло, постоянно меняется. Биолог Джон Костелло из Провиденс-колледжа (США) и его коллеги решили исходить из того, что птицы, хотим мы того или нет, всё-таки летают. Кроме того, они заподозрили, что аналогичные движения совершаются плавниками и хвостами, и даже приняли участие в проекте Управления военно-морских исследований США по созданию аппарата, способного передвигаться наподобие медузы. Исследователи выяснили, что добавление пассивного, но подвижного сегмента к жёсткой в целом поверхности увеличивало скорость реактивного движения в разы. 

Учёные прочесали видеоресурсы YouTube, Vimeo и др. в поисках роликов с изображением самых разных существ от плодовых мушек до летучих мышей и от моллюсков до горбатых китов. Несмотря на огромное разнообразие форм и структур «движущих механизмов» (тонких, как паутинка, мембран, оперённых крыльев, толстых и тяжёлых китовых хвостов), удалось обнаружить сходство определённых переменных, которые были измерены вручную. У 59 видов расстояние от точки, где начинается изгиб, до основания крыла составляет примерно две трети от общей длины крыла, а максимальный угол сгиба находится в промежутке 15–38°. 

Следовательно, животные с очень разной историей эволюции пришли в итоге к примерно одинаковым решениям одной и той же задачи. Эволюцию обусловили физические законы, определяющие взаимодействие текучих сред. Неважно, от каких предков произошли эти животные — ползучих, ходячих или прыгучих: как только возникала нужда в адаптации к текучей среде, развиваться можно было только в определённых рамках, несмотря на все различия в анатомии и физиологии. 

И всё же вопрос остаётся открытым. Следует ли инженерам делать ставку на гибкое крыло? 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Предками современных птиц являлась группа мелких плотоядных животных битавших около 150 млн. лет назад – манирапторы (Maniraptora).  Последние данные показывают, что многие из манирапторов имели большие сходства с птицами – у них уже имелись перья, полые кости, небольшие размеры тела и высокая скорость метаболизма.

Предполагаемый предок птиц - АрхеоптериксНо до сих пор оставался вопрос, в какой момент передние конечности манирапторов превратились в крылья, позволившие им летать?

Изучая ископаемые данные того времени когда появились птицы, профессор Ханс Ларссон и бывший аспирант Александр Декекчи из университета Макгилла попытались дать на этот вопрос ответ.

В исследовании, опубликованном в сентябрьском номере журнала Эволюция, они обнаружили, что на протяжении большей части истории плотоядных динозавров, длины конечностей показали относительно стабильное масштабирование отношения к размеру тела. Это не смотря на 5000-кратную разницу в весе между тираннозавром  и самым маленьким пернатым тероподом из Китая.  Исключением из этого являлись предки птиц, у которых эти пропорции начали изменяться.  Это изменение, возможно, было критическим, позволив первым птицам научиться летать под пологом тогдашних лесов.

Удлинение передних конечностей происходило достаточно долго, формируя одновременно и аэродинамический профиль крыла, что поспособствовало эволюции полета. В сочетании с сокращением задних конечностей, это помогло у первых птиц  усовершенствовать контроль полета и его эффективность. Короткие ноги, поспособствовали снижению сопротивления во время полета – по этой причине многие из современных птиц прячут их во время полета, кроме этого укороченные ноги позволяют им садиться и передвигаться по мелким ветвям на деревьях. Такое сочетание улучшенного крыла с более компактными ногами было критически важным моментом для выживания первых птиц во время господства в воздухе птерозавров.

“Наши исследования показывают, что в развитии механизма полета птиц произошли сильные изменения, повлиявшие на отношение длин передних и задних конечностей”, рассказывает Ларссон. Подобные отклонения, от правил произошедшие с  изменением размеров конечностей, мы можем наблюдать и при эволюции человека (относительно короткие руки и длинные ноги), а так же многих других видов млекопитающих. Они указывают, что в данной популяции произошли какие-то важные изменения в функциях и поведении. “Такое изменение могло иметь фундаментальное значение для птиц, а так же самых разнообразных классов наземных позвоночных обитающих на нашей планете”.

“Происхождение птиц и освоение ими активного полета, является классическим примером эволюционного перехода”, говорит Декикчи.  “Вполне возможно, что данные изменения, позволили птицам стать больше, чем просто один из родов манирапторов и привели к появлению широкого спектра различных форм и размеров конечностей у современных птиц”.

“Данная работа, в сочетании с нашими предыдущими исследованиями показывающими, что предки птиц не являлись постоянными жителями деревьев, объясняет многое из эволюции современных пернатых” говорит д-р Декекчи. “Зная, откуда появились птицы и как они заняли современные экологические ниши, мы начинаем лучше понимать то, как сформировался современный мир”.

Источник: ScienceDaily

Летающие насекомые машут крыльями с чудовищной частотой: например, у комара она может достигать 500 взмахов в секунду. И довольно долго учёные пытались выяснить, как насекомым это удаётся. Можно было бы предположить, что они машут крыльями как-то иначе, чем мы, то есть позвоночные, двигаем крыльями, лапами, ногами и руками, что у насекомых работает какой-то свой механизм. Но нет. Молекулярные исследования, проведённые в научно-исследовательском институте JASRI (Япония), привели к неожиданному результату: оказалось, никакого особенного «насекомого» механизма для махания крыльями нет, механика тут та же, что и в наших с вами мышцах. 

Схема строения мышечного волокна: в момент сокращения головки на нитях миозина (толстые красные нити с лопастями на поверхности) соединяются нитями актина (тонкие серые линии). Переступая этими головками, нить миозина протягивает мимо себя нить актина. (Рисунок Shutterstock.)Любое мышечное сокращение начинается с того, что на мышечную клетку приходит нервный импульс, который открывает в мембране мышечной клетки каналы для ионов кальция. Кальций связывается с белком тропонином, который находится в связке с нитевидным полимерным белком актином. Ионы заставляют тропонин изменить своё положение на актине так, что с ним теперь может провзаимодействовать другой белок — миозин. Длинная молекула миозина начинает изгибаться и как бы идти по нити актина; это смещение актиновых и миозиновых нитей относительно друг друга и приводит к сокращению мышцы.

Но если речь идёт о сверхчастых сокращениях, как в случае крыльев насекомых, такой механизм не работает: кальциевые насосы просто не успевали бы включать и выключать потоки ионов в ответ на нейронный импульс. И у насекомых никаких сверхчастых потоков кальциевых ионов действительно нет. После того как к мышце приходит импульс, она начинает осциллировать, то есть в ответ на один импульс производится множество сокращений. Это можно сравнить с тем, как маятник какое-то время качается по инерции от одного-единственного толчка. При этом сокращения мышц поддерживаются сами собой: чем сильнее мышца-антагонист сократится и тем самым растянет мышцу напарника, тем сильнее потом сократится вторая мышца. То есть растяжение тут стимулирует последующее сокращение. 

Этот феномен известен давно, и свойствен он тем мышцам, от которых требуются ритмичные сокращения, — например, сердцу. Но и у сердца в ритмичных сокращениях задействованы кальциевые каналы. У насекомых же они во время работы крыльев молчат. Такую особенность пытались объяснить тем, что растяжение мышцы даёт больше возможностей миозину связаться с актином. Но это одновременно предполагало и то, что тропонину не нужна кальциевая стимуляция, чтобы освободить от себя актин, а отсюда, в свою очередь, вытекало, что сократительные белки насекомых принципиально отличаются от белков позвоночных.

Хироюки Ивамото и Наото Яги проанализировали структурные изменения в мышечных белках насекомых, происходившие во время полёта. Объектом исследования послужил шмель, которого просвечивали рентгеновскими лучами, пока он махал крыльями, и всё это снимали на камеру с частотой 5 000 кадров в секунду. Учёные убедились, что у насекомых (у шмелей по крайней мере) нет никаких принципиальных модификаций молекулярного механизма мышц. Первичный нейронный импульс запускает серию сокращений, которые поддерживаются вышеописанной «активацией на растяжение»: чем сильнее растягивается мышца, тем сильнее она потом сократится. 

Единственная особенность была в том, что растяжение провоцировало структурные деформации в миозине, из-за которых он прочнее связывался с актином, что и повышало силу сокращения. В остальном же всё было так, как обычно: и кальций-зависимое поведение тропонина, и скольжение миозина и актина друг относительно друга. Иными словами, насекомые просто реализовали скрытые возможности того же самого молекулярного механизма, с помощью которого, например, птицы машут крыльями. 

Надо сказать, что попытки сделать рентгеноструктурный «портрет» летящего насекомого предпринимались неоднократно, однако получить полную информацию о работе крыльев мешало несовершенство техники. И надо было дождаться наших дней, когда появились камеры, способные делать 40 кадров на один взмах шмелиного крыла, чтобы понять, как всё-таки насекомые летают. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Science. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Вопрос о том, почему пингвины, научившись нырять и плавать под водой, не сохранили подобно другим морским птицам способность летать, занимал биологов в течение достаточно долгого времени. Ответ на него, похоже, нашла группа учёных из США и Канады, исследование которых опубликовано в американском журнале PNAS.

Пингвины под водойИсследовав с помощью электронных датчиков и радиоизотопного анализа двигательную активность баклана и толстоклювой кайры, а затем сравнив результаты с аналогичными данными по другим птицам – гусям и тем же пингвинам, – орнитологи выяснили, что передвижение в воздухе и под водой – это те навыки, которые в принципе находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга. То есть лучшие ныряльщики среди пернатых одновременно являются худшими из летунов, к тому же у многих необходимость совмещать эти две способности приводит к двойным издержкам.

Так, баклан, использующий в качестве основного водного движителя перепончатые лапы, при нырянии выделяет гораздо больше водяных паров и углекислого газа, чем пингвин аналогичного размера, что свидетельствует о больших потерях энергии. У кайры, плавающей за счёт крыльев, эти издержки ниже, чем у баклана, но всё равно примерно на 30 процентов выше, чем у равного ей по росту пингвина, поскольку крылья создают дополнительное сопротивление под водой, а тело, вынужденное быть относительно маленьким и лёгким, быстро охлаждается, в отличие от массивного туловища «хозяина Антарктиды».

«Итак, чтобы улучшить способности к нырянию, птицам пришлось уменьшить размер крыльев или же увеличить габариты тела. И то, и другое в конечном итоге делает полёт невозможным», – заключает соавтор исследования Роберт Риклефс (Robert Ricklefs) из университета Миссури.

 Источник: Научная Россия

За прекрасные переливающиеся цвета крыльев бабочек отвечают не пигменты, а особые геометрические образования из клеток крыльев. Впервые энтомологи США изучили их в трёхмерном пространстве и выяснили, что хитин поверхности образует структуру типа гироидной (gyroid).

Обитательница Амазонии – бабочка вида Parides sesotris – одна из счастливиц, исследованных нынешней группой учёных (фото Richard Prum/Yale University) Учёные рассмотрели чешуйки на крыльях "летающих цветков" при помощи метода рентгеновского малоуглового рассеивания (small angle X-ray scattering). В качестве подопытных насекомых были выбраны пять видов бабочек, принадлежащих к голубянкам и парусникам.

Фотографии поверхности чешуек и моделирование её внутренней структуры на компьютере Гироидная структура отражает свет столь же красиво, как фотонные кристаллы. В своей статье в PNAS авторы исследования утверждают, что, по крайней мере, за зелёный оттенок крыльев отвечали именно такие образования.

Гироид – структуру, бесконечно соединяющуюся и повторяющуюся во всех трёх измерениях, обладающую минимально возможной поверхностью, – в 1970 году впервые описал американский физик Алан Шён (Alan Schoen). Он подыскивал ультралёгкий и ультрапрочный материал для космических аппаратов.

Но до того как до него додумался человек, природа уже создала нечто подобное. Отметим, что ранее учёные тоже рассматривали чешуйки крыльев бабочек, но лишь их двумерные компоненты, оттого выводы были не полны.

Авторы открытия объясняют, что свет попадает в лабиринт отверстий и ходов и преломляется. В зависимости от строения отражается свет какой-то определённой длины волны. А в сумме образуются переливы различных цветов. Возможно, бабочки регулируют параметры такой структуры, вырабатывая в разных областях разные белки.

Источник: MEMBRANA

Лонгрич и его коллеги пришли к такому выводу, восстановив устройство крыльев одной из древнейших протоптиц - археоптерикса (Archaeopteryx lithographica), и пернатого динозавра анхиорниса (Anchiornis huxleyi).

Ученые проанализировали устройство крыльев археоптериксов и пернатых динозавров и выяснили, что верхние конечности первых птиц были устроены значительно проще, чем у современных пернатых, что является неожиданностью с точки зрения палеонтологии, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

"Внимательно изучив окаменелости, мы теперь можем понять, как эволюционировали крылья. До нашей работы всем казалось, что птицы обладали относительно современными крыльями с Юрского периода. Теперь нам понятно, что крылья первых птиц были более примитивными и представляли собой переходные формы, связывающие настоящих пернатых и динозавров. Мы смогли проследить, как медленно эволюционировало крыло при переходе от анхиорниса к археоптериксу и к более поздним птицам", — заявил руководитель группы ученых Николас Лонгрич (Nicholas Longrich) из Йельского университета (США).

Лонгрич и его коллеги пришли к такому выводу, восстановив устройство крыльев одной из древнейших протоптиц — археоптерикса (Archaeopteryx lithographica), и пернатого динозавра анхиорниса (Anchiornis huxleyi).

Сравнение крыльев Анхиорниса, Архиоптерикса и современной птицыВ качестве исходного материала ученые избрали две ключевых окаменелости — так называемый "берлинский археоптерикс", найденный в Германии в 1880 году, и останки анхиорниса BMNHC PH828, обнаруженные его первооткрывателями в Китае в 2009 году.

Как отмечают исследователи, эти окаменелости содержат в себе достаточное число отпечатков перьев и костей крыла для получения некоторого представления об их устройстве. Ученые проанализировали расположение отдельных перьев в окаменелостях, определили их типы и подготовили модели крыльев анхиорниса и археоптерикса.

Перо археоптерикса, обнаруженное в 1861 году немецким палеонтологом фон МайеромК удивлению Лонгрича и его коллег, устройство крыльев протоптицы и динозавра значительно отличалось от того, как сложены конечности их современных родственников. В целом, их крылья оказались гораздо примитивнее, чем считалось ранее.

"Археоптерикс обладал весьма странными крыльями, в которых присутствовало сразу несколько слоев длинных маховых перьев. Крылья динозавра анхиорниса состояли из множества простых перьев-полосок, наложенных друг на друга. Единственная птица, оперение которой хотя бы отдаленно напоминает крылья анхиорниса — это пингвин", — пояснил Лонгрич.

По словам палеонтологов, подобные крылья не были пригодны для настоящего полета. Единственный доступный для них стиль полета — интенсивное махание крыльями — был слишком энергозатратным для совершения длительных перелетов. Кроме того, пернатые рептилии и протоптицы не умели взлетать с места и медленно парить над землей, экономя силы, что еще больше ограничивало свободу их движения.

Так называемый “берлинский” скелет археоптерикса, обнаруженный в 1861 годуЛонгрич и его коллеги полагают, что древние протоптицы недолго пользовались такими крыльями. По их расчетам, современный вариант крыльев развился за первые десять миллионов лет эволюции птиц. Их форма практически не менялась в последующие 130 миллионов лет, пережив вымирание динозавров и расцвет млекопитающих.

"Мы постепенно начинаем "реставрацию" сложнейшей картины того, как перья и сами птицы развивались среди динозавров. К примеру, нам теперь кажется, что перья впервые появились для защиты от перегрева или охлаждения. Затем их структура усложнилась — вероятно, для привлечения самок или устрашения врагов. В последствии выяснилось, что большие перья-"украшения" подходят для удержания тела динозавра в воздухе", — заключает один из авторов статьи Джейкоб Винтер (Jacob Vinther) из Бристольского университета (Великобритания).

Источник: РИА Новости