Почему водомерки могут бегать по воде

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

Водомерка насекомое. Описание, особенности, виды, образ жизни и среда обитания водомерки

В теплое время года можно наблюдать множество различных насекомых, среди которых водомерка. Необычное насекомое, которое имеет тонкое, длинное тело, можно наблюдать на поверхности водоемов. Благодаря длинным ногам, они легко и быстро передвигаются. Эти насекомые первыми не нападают на человека, однако, если хи потревожить, они могут укусить.

Описание и особенности

Водомерки являются подвидом семейства полужесткокрылых клопов, которые обитают преимущественно на воде. Благодаря жестким волоскам, покрывающим все тело насекомого, она не тонут в воде, а держатся на ее поверхности. Эти волоски имеют водоотталкивающее покрытие, в результате они быстро перемещаются по воде.

У водомерок три пары ног, средние и задние предназначены для передвижения, опоры, а передние – наиболее короткие, помогают удержать добычу, и дают направление движению. Для того, чтобы перевернуться, насекомое задействует три пары ног, при этом двигая ими во все стороны.

Тело у насекомых длинной, и может достигать 1-20 мм, цвет – от бурого до темно-коричневого. Если на дороге водомерок возникают препятствия, они могут прыгать, у них отличное зрение и способность передавать и получать информацию с помощью колебаний поверхности воды.

Важно! Чувствительнее всего усики у самца, благодаря этому они легко и быстро находят самку. Водомерки обитают не только в водоемах, но и в лужах. Интересно, что такие виды имеют крылья, благодаря которым они летают. Речные или озерные особи их не имеют.

Различают следующие виды водомерок:

• Большие – длина их тела достигает 17 мм.
• Медлительные палочковидные – в основном они обитают в Сибири, их тело напоминают палочку, отсюда и название.
• Прудовая – отличительной особенностью является яркая окраска лапок.

Водомерки дышат атмосферным воздухом, но в отличие от морских клопов, им не нужно выплывать на поверхность воды, чтобы отдохнуть, т.к. обитают они именно на поверхности водоема. Их дыхательная система – трахеи, в которые попадает воздух через стигмы. Они расположены по бокам среднегрудки и заднегрудки, а также на каждом членике брюшка.

Виды и образ жизни

Водомерки – насекомые, обитающие на поверхности водоемов. Их часто путают с пауками, у обоих тонкое тело и длинные лапки. Однако их жизнь всегда связана с водой, они обитают в прудах, речках и озерах.

Важно! Есть морские водомерки, которые могут преодолевать большие расстояния. Озерные и речные виды обитают преимущественно возле берега. Живут всегда большими стаями, а на поверхности воды можно наблюдать одновременно по 4-6 особей.

После наступления холодов клопы впадают в спячку. Делают они это вблизи растительности или прибрежном грунте. Зимуют они на суше, спрятавшись в мох, под камни или среди корней деревьев. Когда наступает тепло, они пробуждаются и начинают размножаться.

Размножение и продолжительность жизни

Самка-водомерка откладывает яйца на листьях растений, прикрепляя их при помощи специальной слизи (по внешнему виду она напоминает длинный шнур, состоящий из отложений нескольких десятков яичек). Если совершается кладка из множества яичек, то слизистое вещество не требуется.

А для мелких кладок без нее не обойтись, ведь яички попросту не смогут держаться в мягких тканях растений. Самцы отличаются «отцовским инстинктом», после оплодотворения самок они активно участвуют в их жизни, вплоть до сопровождения в период откладывания яиц. Они оберегают и защищают самку и детенышей.

Важно! Все летние дни половозрелые особи воспроизводят потомство. Личинки появляются за пару недель, а уже через месяц становятся взрослыми особями. Отличить молодых от родителей можно по размерам тела водомерки, и короткому, вздутому брюшку детенышей. Продолжительность жизни водомерок около года.

Среда обитания

Обычные водомерки обитают в водоемах, вблизи берега, чтоб можно было спрятаться в зарослях растений от рыб. Морские особи заселяют, в основном, зону Тихого и Индийского океана. Пресноводные водомерки живут на поверхности рек, озер со слабым течением, а также в небольших лужицах и ручейках. Обычно они выбирают теплый, тропический климат. При этом они могут выживать в суровом, снежном климате.

Питание

Несмотря на небольшой размер, водомерки на воде настоящие хищники. Они могут питаться не только своими сородичами, но и более крупными особями, населяющими водоем. Добычу они видят издалека, в этом им помогает шаровидная форма органа зрения. На передних конечностях имеются крючки, которыми они захватывают жертву.

Водомерка насекомое имеет острый хоботок, которым она вонзается в тело жертвы, высасывая из него питательные вещества. В обычной жизни хоботок поджат под грудь, таким образом, не мешая ей быстро передвигаться. Морские водомерки питаются икрой рыб, физалиями и медузами. В природе существуют и паразитические виды водомерок, которые высасывают кровь различных насекомых.

Интересные факты

Водомерки – довольно необычные существа, о которых имеется множество интересных фактов:

• Клопы-водомерки отличаются неполным превращением, т.е. по внешнему виду личинка напоминает взрослое насекомое, и даже в процессе развития они кардинально не меняются.
• После зимовки большинство водомерки не могут летать, причиной тому ослабевание мускулатуры и небольшой запас энергии, который требуется им для существования и размножения весной. Ведь, как известно, продолжительность жизни у них не более года.
• Обитая в тропическом климате, можно заметить особей в открытом океане, за сотки километров от берега. В последнее время научными способами было доказано, что кожный покров насекомых защищает их от морской воды и ультрафиолетового излучения.
• Морские обитатели делятся на прибрежных (их больше всего) и океанических. Первые держатся вблизи берега, возле зарослей, и откладываю яйца на суше, рифах, водорослях или скалах. Обитая в открытом океане, они откладывают свои яйца на плавающих предметах. Встречались случаи обитания водомерок на куске дерева, пластике, раковинах и даже на плодах и птичьих перьях.
• В начале 20 века на глубине Тихого океана была найдена 20 литровая канистра, полностью покрытая 70 тыс. яиц, т.е. 15 слоев. По подсчетам можно сказать, что там отложили свои яйца, по меньшей мере, 7 тыс. самок (если учесть, что одна может отложить максимум 10 штук).
• Насекомые хорошо ориентируются на поверхности воды. Днем они двигаются в направлении солнца, ночью – обратно.
• На теле водомерок могут поселиться паразиты. Красные, маленькие точки – это водные клещи, питающиеся их кровью.
• Водомерки уничтожают слепней, как зрелых особей, так и их личинок. Размер взрослого слепня больше, чем у водомерки, поэтому они нападают на них по несколько клопов вместе.
• Существует много разновидностей водомерок (насчитывается около 750 вдов), каждая из которых имеет свой окрас, строение и образ жизни.
• Лапки насекомого очень сильные, они могут выдерживать вес в 15 раз больше своего.
• Почему насекомые водомерки могут быстро скользить? Погружая свои конечности в воду, водомерки создают небольшие воронки, благодаря которым достигается высокая скорость движения. Отталкиваясь от стенок воронки, они делают резкий толчок вперед, таким образом, за секунду преодолевая расстояние, в сто раз больше, чем длина их тела (около 650 км/ч).
• У самцов отлично развиты крючкообразные антенны на голове. Это помогает им быстрее найти самку для спаривая.
• Во время сезона спаривания, некоторые виды самцов-водомерок вступают в настоящие схватки.
• Спаривание для самки – затратный процесс, в это время она не сильно уязвима и не может нормально питаться. Поэтому они хранят сперму самца для повторного оплодотворения.
• Если водомерку спугнуть, она всегда убегает на север.

Опасна ли водомерка для человека

Опасности для людей эти насекомые не представляют. Все их жертвы имеют небольшой размер и другую среду обитания. Однако водяные клопы не такие уж и безобидные, если их потревожить, они могут ужалить. Их колющий аппарат очень острый, и легко может прокусить кожу человека. Но их укус не несет вреда организму.

В месте укуса может образоваться небольшое красное пятно, которое сопровождается небольшим зудом. Чтобы снять эти ощущения, пораженный участок необходимо смазать йодом. Небольшую опасность несут тропические водомерки, в результате их укуса возможна аллергическая реакция.

Следы на коде остаются в течении нескольких недель, пораженный участок необходимо обрабатываться специальными препаратами, а также принимать антигистамины. Самый большой ущерб, который могут нанести эти насекомые – это поедание редких сортов рыб, высасывая содержимое их тела.

Водомерки – это водяные насекомые, которые обитают в морях, реках, озерах и даже в лужах. Необычное строение водомерок помогает преодолевать большие расстояния и охотиться за добычей. Они не представляют опасности для людей.

Продолжительность жизни водомерки около года, за это время они выводят потомство. Благодаря рецепторам на усиках, самец быстро находит самку и оплодотворяет ее. От одной самки выходит около 10 яиц. Чтобы отличить их от других видов водяных клопов, нужно посмотреть водомерку на фото.

Источник