Энтомологи биофака МГУ провели тщательное исследование и анализ механизма устройства складывания крыльев у жуков-перокрылок (Ptiliidae), которые являются одними из самых мелких представителей отряда. В рамках исследования специалисты изучили, как складываются и расправляются крылья жуков. Наблюдение и изучение проводилось на Acrotrichis sericans, который считается одним из самых распространенных видов этого семейства. Об этом сообщается в статье из научно-популярного периодического издания Scientific Reports.

Научное изыскание помогло выявить эволюционные особенности, которые возникают у крылатых насекомых в ходе значительного уменьшения размера (миниатюризации). В современных реалиях результаты, полученные с помощью этого исследования, могут применяться в разработке небольших дронов, конструкция которых подразумевает складывание крыльев.

Часть современных микророботов уже способна складывать крылья, но в сравнении с перокрылками подобные дроны остаются довольно крупными. Сейчас данное направление считается перспективным, поскольку в робототехнике активно ведутся работы по созданию максимально маленьких летательных аппаратов. Как и большинство отличных идей для технологических разработок, механизм симметричного складывания крыльев может быть «позаимствован» у лучшего инженера — природы.

Крыло жука в расправленном (A) и сложенном (C, D, E) виде под лазерным конфокальным микроскопом (красным цветом высвечены более жесткие участки, а голубым — скопления придающего упругость белка резилина) и на схематичных поперечных срезах (B, F)

Образцы особей жуков были собраны вблизи Звенигородской биостанции МГУ. При исследовании использовались микроскопы (конфокальный, световой и электронный). Для получения более полной картины применялась высокоскоростная видеосъемка. Вдобавок потребовалось сделать компьютерную 3D-модель.

По словам Петра Петрова, старшего научного сотрудника энтомологической кафедры биофака МГУ, жуки Acrotrichis складывают крылья симметрично, как и подавляющее большинство видов, относящихся к семейству перокрылок. Однако ряд более крупных по размеру жуков из других семейств и даже Nossidinae, которые относятся к тому же семейству Ptiliidae, обладают ассиметричным механизмом складывания крыльев.

Жук-перокрылка складывает крылья: кадры высокоскоростной видеосъемки в инфракрасном свете под разными углами (A–E), разные этапы складывания крыльев под сканирующим электронным микроскопом (F–I, слева тот же этап с удаленным надкрыльем) и схематичные продольные срезы (J–M). Рисунки Петра Петрова. Условные обозначения на первом и втором: scl2 — щиток среднегруди, al — алакриста (отросток щитка заднегруди), wb — основание крыла, wba — вершина крыловой пластинки, f1–f4 — складки с первой по четвертую.

При существенном уменьшении размеров насекомых, которые в ходе эволюции стремились к миниатюризации, часто появляется ассиметрия, к примеру, в нервной системе или половой структуре. В рамках этого энтомологического исследования был подробно описан уникальный случай, когда при миниатюризации произошел возврат к симметричному устройству.

Исследованные жуки укладывают крылышки под специальные надкрылья, двигая при этом брюшком, чтобы правильно уложить их. Расправляются крылья без активного участия. Жуку достаточно приподнять надкрылья, чтобы они расправились. Упругость обеспечивается благодаря белку резилину, который распределен в пластине крыла. Дополнительную помощь в раскрытии крыльев оказывают волнообразные изгибы, которые являются параллельными крыловой оси. Они делают крыло более жестким. Для сравнения можно привести металлическую рулетку, лента которой становится более жесткой при разматывании.

Авторами статьи отмечается, что наименьшее время, требуемое для складывания крыльев изученному виду жуков, достигает трех с половиной секунд. Расправление при этом осуществляется кардинально иначе, поэтому скорость обратного процесса намного быстрее. Расправление крыльев происходит минимум за 0.038 секунды, что является рекордом у жуков среди зафиксированных результатов.

Однако коэффициент соотношения между длинами расправленных и сложенных крыльев, который используется для измерения складывания крыльев, у жуков-перокрылок оказался максимально низким и составил всего 3.31. В учет берутся замеры длины крыла без щетинок, окаймляющих крыловую пластину по краям.

Завкафедры энтомологии биофака МГУ Алексей Полилов добавляет, что миниатюрные виды возникли в процессе эволюционных преобразований параллельно в нескольких отрядах насекомых с крыльями. У большинства из мельчайших насекомых наблюдается узкокрылость (птилоптеригия), а по периферии жесткие окаймляющие щетинки. Обладающие подобными крыльями, микронасекомые используют особый механизм при полете, который активно изучается в настоящее время учеными-энтомологами.

Редакция портала новостей «Центропресс» разделяет точку зрения, что жесткокрылы миниатюрного размера из семейства перокрылок являются уникальными, поскольку имеют собственный вариант складывания крыльев, практически не встречающийся у других подобных видов. В перспективе сотрудники энтомологической кафедры планируют сделать сравнительный анализ механизма складывания-расправления крыльев у разных жуков, чтобы определить, как протекали эволюционные процессы, которые привели к симметричному складыванию крыльев.