Почему некоторые жучки могут передвигаться по воде

Водомерка наоборот: некоторые жуки могут ходить по поверхности воды вверх ногами

На первый взгляд непримечательные жуки-водолюбы обладают одной крайне интересной способностью.
Фото Andrew C./Wikimedia Commons (CC BY 2.0).

Необычную способность жуков-водолюбов (семейство Hydrophilidae) австралийский биолог Джон Гулд (John Gould) обнаружил практически случайно.

Он занимался поиском головастиков в мелких водоёмах в горах Ватаган, когда увидел в одной из луж крохотное чёрное насекомое.

«Сначала я подумал, что это жук, упавший в воду и плывущий возле её поверхности. Однако потом я понял, что жук перевёрнут вверх ногами и находится под поверхностью воды», – вспоминает учёный.

Исследователь сразу начал снимать происходящее на видео. Водолюб в это время ходил под поверхностью воды, будто бы по стеклу, периодически отдыхая и меняя направление движения.

Впоследствии Гулд с коллегами занялись поисками упоминаний такого необычного способа передвижения у водных обитателей в научной литературе. Однако они смогли найти лишь краткие упоминания об этом в исследованиях, опубликованных десятки лет назад.

Любопытно, что энтомологи при этом довольно хорошо знакомы с этим феноменом. Просто раньше они не обращали на него внимания. И до сих пор остаётся неясным, как водолюбам физически удаётся провернуть такой трюк.

У авторов нового исследования есть одно предположение. На видеозаписи, сделанной Гулдом, можно увидеть пузырь воздуха, зажатый между брюшком жука и поверхностью воды. Учёные считают, что именно плавучесть пузырька позволяет жуку перевернуться и «прилипнуть» к поверхности воды снизу.

Этот пузырь воздуха, возможно, также позволяет жуку продавливать поверхность воды ногами. Гулд отмечает, что видел, как от каждого шага насекомого на воде появлялись «бугорки».

Исследователи предполагают, что жуки используют эту суперспособность, чтобы скрываться от хищников, которые обычно ищут жертв на дне водоёмов, не догадываясь посмотреть, что происходит у них над головой. Однако эту гипотезу ещё предстоит проверить в дополнительных исследованиях.

Работа международной команды учёных была опубликована в издании Ethology.

Возможно, механизм необычного передвижения водолюба вдохновит инженеров на создание роботов, способных бегать по воде. Точнее под водой.

Напомним, что ранее мы писали о создании крохотных роботов, которые могут передвигаться по поверхности воды подобно водомеркам. Также мы сообщали о роботе-таракане, способном ходить как по воде, так и под водой.

Больше интересных новостей из мира науки и техники вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Источник

Физика в мире животных: как водомерки бегают по воде

Среди читателей Хабра, вероятно, нет людей, которые никогда не видели водомерок. Это очень распространенное семейство насекомых, которое включает около 1700 видов. Большинство — пресноводные, но есть и виды, которые живут на побережье морей и океанов.

Всю свою жизнь водомерки проводят на поверхности воды. Они передвигаются по ней так же просто, как обычные насекомые — по суше. Водомерки, по крайней мере, большинство видов — хищники. Они питаются мелкими организмами, но не боятся нападать и на более крупную добычу. Иногда ничего не подозревающий малек подплывает к поверхности водоема, и тут же в него всаживается «гарпун» — хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Но самое интересное в водомерке — ее способность бегать по воде. Каким образом это насекомое получило свою сверхспособность?

Физика и химия — друзья водомерок

В большинстве случаев водомерки держатся на воде благодаря, во-первых, наличию слоя водоотталкивающих жиров на тельце и конечностях, во-вторых, благодаря специальным волоскам на кончиках лапок.

Так, на задних лапках насекомых этих волосков очень много, их количество превышает 16 000 на мм 2 . На них водомерки опираются, они же служат рулевым механизмом. На средних и передних конечностях волосков тоже много, но не настолько. Волоски водомеркам приходится довольно часто приводить в порядок, поскольку если этого не делать, вода смочит тело водомерки и та утонет.

Предназначение волосков — создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки — это как раз воздушный «кокон» или, если угодно, воздушная подушка. На дне неглубокого водоема видна тень водомерки — и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные — это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки.

Кстати, китайские ученые обнаружили интересный факт — время от времени тень от ножки перестает быть четкой, и тогда водомерка прижимает ее к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество. После этой процедуры тень от конечности снова становится четкой.

Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды — она не может просочиться в столь малый объем. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок.

Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая ее. В результате водомерка движется вперед уже благодаря действию уже законов физики. Водомерка скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил.

Режим передвижения водомерок

Насекомые эти получили свое русское название из-за того, что передвигаясь, они как бы «меряют» пройденное по воде расстояние. Но, как оказалось, это лишь один режим передвижения водомерки — так она поступает, когда не испугана и не преследует жертву, а просто передвигается по поверхности воды.

Большинство видов попеременно опираются на три конечности, перемещая остальные три вперед, и повторяя этот цикл.

В моменты опасности или преследования добычи водомерка как бы втыкает в поверхность воды кончики средних лап, на которых не так много волосков, рулит задними, а передними — загребает воду. Единственное — передние лапки все же не погружаются в воду, а отталкиваются от поверхности воды.

Ну и последнее — водомерки умеют прыгать на воде. Не очень далеко, но это все же прыжки. Прыгают они в случае опасности — за этим можно наблюдать, если попробовать накрыть водомерку ладонью на воде. Спасаясь, она будет не только «грести», но и прыгать, причем довольно активно.

К слову, если изменить поверхностное натяжение воды — например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства — последние изменяют свойства воды и водомерки (да и не только они) не могут жить в подобных местах.

Водомерки приносят пользу науке

Группа китайских ученых разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда. Идея пришла в голову сначала одному китайскому физику по имени Юй Тянь (Yu Tian) из университета Цинхуа в Пекине

Ученый в солнечный день отправился к берегу пруда в одном из парков столицы Китая. Там он смотрел на воду и заметил водомерок, которые отбрасывали тень. Как и говорилось выше, тень от их лапок была отличной от конфигурации кончиков конечностей.

Ученый понял, что это вызвано искривлением воды под действием веса водомерки, сколь бы небольшим он ни был. И тогда он понял, что при помощи теней, отбрасываемых объектами на поверхности воды, можно измерять силу Архимеда, причем эти измерения сверхточные. Граница чувствительности метода — 1 пиконьютон.

«Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объем этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Все это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру», — заявил ученый.

Еще и роботы

Результаты наблюдения китайского ученого помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько, причем одно из них умеет даже прыгать по поверхности воды, как настоящая водомерка.

Первыми создателями робота-водомерки была команда School of Chemical Engineering and Technology. Разработчики использовали как результаты наблюдений коллег, так и собственные исследования.

Затем был создан еще один робот, вес которого составлял много больше, чем у водомерки — 11 граммов вместо долей грамма. Он способен передвигаться по воде и делает это довольно быстро — вплоть до 5 км/ч, что сравнимо со скоростью ходьбы взрослого человека.

Ну и еще один показательный пример — робот-водомерка, созданный объединенной командой исследователей из Южной Кореи и США. Этот робот очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками».

Он не только передвигается по поверхности воды, но еще и прыгает, причем довольно высоко.

Область применения роботов-водомерок — поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.

Источник

Этот жук может ходить под поверхностью воды, буквально

Известно, что многие водные насекомые передвигаются по поверхности воды, используя поверхностное натяжение. В журнале » Этология » группа исследователей описывает открытие жука, передвигающегося по перевернутой поверхности эфемерного водоема.

Большинство животных перемещаются в водной среде, двигаясь самостоятельно или перемещаясь по погруженным в воду субстратам. Некоторые также развили способность перемещаться по границе раздела вода-воздух. Это связано с тем, что силы сцепления между молекулами воды вызывают напряжение на поверхности, обеспечивая физический субстрат, который можно использовать в качестве опоры для движения вперед. Но возможен и другой прием.

Под поверхностью воды, буквально

Джон Гулд, биолог из Университета Ньюкасла в Каллахане, Австралия, недавно задокументировал использование нижней части поверхности воды для передвижения жука. Полевые наблюдения показали, что насекомое (вероятно, из семейства Hydrophilidae) было способно передвигаться по нижней поверхности эфемерного бассейна, как будто оно было приклеено к кристаллическому стеклу.

«В тот момент, когда я понял, что жук движется под поверхностью воды, я понял, что нашел что-то очень странное«, — рассказал Гулд в интервью Livescience. В момент находки биолог искал головастиков в пруду в горах Ватаган, Австралия. «Он шел с легкостью (. ). Время от времени он останавливался, а затем продолжал идти по поверхности, как если бы он шел по любой обычной твердой поверхности на земле«.

Еще более удивительно то, что этот жук мог не только двигаться, но и отдыхать. «Это означает, что он может оставаться под поверхностью воды, не затрачивая энергии«, — продолжает исследователь. «Это контрастирует с крупными животными, передвигающимися по поверхности воды, такими как ящерицы, которым приходится постоянно двигаться, чтобы не погрузиться под воду«.

Механизмы до сих пор не изучены

До сих пор неясно, как это насекомое способно на такое поведение. Биолог и его команда подозревают, что важный ключ к разгадке может заключаться в видимом пузырьке воздуха, удерживаемом на брюшке маленькими волосками. Этот воздух, отмечают авторы, может обеспечить достаточную плавучесть, чтобы приклеить жука к поверхности воды.

«Кроме того, мы предполагаем, что органы крепления на ногах также задерживают пузырьки воздуха, позволяя ему двигаться без нарушения поверхностного натяжения«, — продолжает Джон Гулд. «Конечно, его маленький размер также может способствовать этой способности, так как нарушение поверхностного натяжения менее вероятно по сравнению с более крупными насекомыми«.

Очевидно, потребуется дальнейшая работа, чтобы определить точные механизмы, обеспечивающие этот тип передвижения, а также причины такой адаптации.

Источник

Этот странный жук умеет ходить по воде. И делает это под водой!

Будучи довольно маленькими созданиями, насекомые довольно необычно обращаются с границами воды и воздуха. Так, поверхностное натяжение позволяет водомеркам и некоторым другим членистоногим передвигаться по поверхности стоячей воды. Однако теперь ученые обнаружили еще более удивительный способ балансировать на грани вода-воздух – но с нового ракурса.

Живущий в водоемах жук может ходить вверх ногами по поверхности воды – с «подводной» ее стороны! Причем делает он это так ловко, как если бы вода с той стороны была обычным стеклом, сообщают исследователи в журнале Ethology. Это первое подробное описание движения жука таким необычным способом.

Автором открытия стал Джон Гулд, поведенческий биолог из Университета Ньюкасла в Каллагане, Австралия, который проводил исследования в горах Ватаган на юго-востоке Австралии. Этот горный хребет расположен между рекой Хантер и озерами Туггера, на его склонах есть множество небольших водоемов, в одном из которых Гулд и обнаружил странного жука.

Гулд достал камеру и заснял жука, который ходил по ту сторону водной глади, периодически отдыхая и меняя направление движения.

Ученый рассказал об этой находке своему коллеге Хосе Вальдесу, экологу из Немецкого центра комплексных исследований биоразнообразия в Лейпциге, и серьезно его озадачил.

«Я не совсем понимал, что Джон описывает, пока он не показал мне видео. Тогда я был сбит с толку», – рассказывает Вальдес.

Изучив научную литературу, исследователи обнаружили, что некоторые улитки могут скользить по нижней стороне поверхности воды на слое слизи, но документальных свидетельств о том, что жуки ходят таким образом, было очень мало – лишь мимолетные упоминания в документах, изданных десятилетия назад.

Гулд и Вальдес определили насекомое как мухоеда, относящегося к водобродкам (семейство Hydraenidae), но другой специалист – Мартин Фикачек, энтомолог из Национального университета Сунь Ятсена в Тайване, считает, что на самом деле это жук-падальщик из семейства водолюбов (Hydrophilidae).

До сих пор не до конца ясен механизм, благодаря которому жук может так ловко гулять по воде с изнанки водоема, но у исследователей есть одна теория. На записи, сделанной Гулдом, можно разглядеть пузырь воздуха, образовавшийся на брюшке жука. Ученые считают, что плавучесть пузыря может пригвоздить жука к нижней стороне поверхности воды. Это позволяет насекомому оказывать давление на границу между водой и воздухом при каждом шаге и создавать то, что похоже на крошечные водные холмы, вырастающие из-под лапок жука.

Гулд и Вальдес полагают, что жук мог бы использовать эту сверхспособность к ходьбе по воде, чтобы держаться подальше от хищников, которые прячутся на дне водоемов. Однако эту теорию необходимо проверить с помощью дополнительных исследований.

«Заметно, как часто мы игнорируем или пропускаем удивительные вещи, которые самые маленькие животные делают каждый день. Описание особенностей маленьких существ так же важно, как и описание особенностей любого крупного млекопитающего или птицы», – заключает Гулд.

Почитайте о другом интересном жуке – дьявольском жуке-броненосце со сверхпрочным панцирем.

Квадрокоптер, iPhone 13 Pro Max и другие призы ждут: участвуйте в фотоконкурсе «Широка моя страна»

Гекконы с легкостью бегают по воде – как?

Три космостанции переработанных отходов и другие причины выбрать товары с экомаркировкой

Источник