Жук идущий 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

Жук-плавунец: фото насекомого и возможный вред для человека

Жук-плавунец (Dytiscidae) – хищное насекомое, обитающее в стоячей воде. Некоторые виды можно встретить только в чистых водоемах, другие крайне неприхотливы к условиям обитания. Насекомое выделяется среди других водных хищников высокой агрессивностью, а также способом питания и охоты.

Жук-плавунец, внешний вид, типичный представитель

Жук-плавунец: отличительные черты

Семейство включает в себя огромное количество видов (около 4000). Таким образом, плавунец распространен по всему миру. Около 300 видов обитает в России. Некоторые разновидности приспособились к холоду и хорошо переносят зимнее время года. Жуки встречаются по всей Европе и Азии, в Северной Америке и даже в Арктике.

Жука можно отличить по окраске и строению конечностей.

Внешний вид

Все виды обладают определенными общими чертами. Их тело плоское, овальное, обтекаемой формы. Усики средней длины, состоят из 11 сегментов. Основными цветами всегда выступает черный, зеленый или темно-коричневый. Тело состоит из следующих сегментов:

• голова (крепится неподвижно);
• грудь (переход в следующий сегмент плавный, малозаметный);
• брюшко (делится на 8 частей).

У плавунца есть три пары конечностей: первая и вторая короткие, крепкие, последняя пара заметно длиннее, покрыта толстыми щетинками. Крылья и надкрылья развиты, поэтому жуки хорошо летают.

Глаза крупные, состоят из 9000 простых глазков, они помогают различать статичные и движущиеся предметы. Челюсти относятся к грызущему типу и прикрыты неподвижными губами. Размер большинства видов не превышает 5,5 см.

Самцы отличаются от самок меньшим размером и наличием присасывательных пластинок на передних конечностях, из-за которых лапки выглядят расширенными. Они нужны жуку, чтобы удержаться на самке во время спаривания.

Продолжительность жизни жуков составляет от нескольких месяцев до 2-4 лет, в среднем они живут примерно год.

Разновидности

Многие виды этого семейства до конца не изучены. Точное описание дано лишь 600 разновидностям.

Рассмотрим некоторые разновидности плавунцов, проживающие в средних широтах.

Окаймленный плавунец (Dytiscus marginalis)

Наиболее распространенный вредитель. Длина тела составляет 2,7-3,5 см. Непривередлив к условиям обитания. Туловище черного или темно-коричневого цвета, а конечности, усики и челюсть желтого или рыжего оттенков. По телу насекомого проходит кайма того же цвета или немного светлее.

Окаймленный плавунец встречается в Европе, Средней Азии и Сибири.

Широчайший или широкий плавунец (Dytiscus latissimus)

Редкий вид, занесенный в Красную книгу. Длина тела составляет 3,6-4,5 см. Туловище крайне широкое и плоское. Окраска тела может быть различной: черной или бурой с зеленым отливом. Широчайший плавунец находится под угрозой вымирания из-за разрушений береговых зон, осушения и загрязнения водоемов. Встретить это насекомое можно только в чистой воде.

Широкий плавунец встречается в Боснии и Герцеговине, Австрии, Финляндии, Чехии, Дании, Латвии, Италии, Польше, Норвегии, Швеции и на Украине. В России встречается в Европейской части и Западной Сибири.

Полоскун бороздчатый (Acilius sulcatus)

Является родом жуков-плавунцов. Размер от 1 до 1,6 см, личинки имеют больший размер – 1,5-3 мм. Цвет тела преимущественно грязно-коричневый. Жуки живут в водном пространстве среди подводной растительности. Отличительная особенность этого рода в том, что его можно встретить даже в обыкновенных лужах. Главной добычей насекомого являются головастики.

Прудовик (Colymbetinae)

Подсемейство, в которое входит 129 видов, 12 из них встречаются в России.

Прудовик обитает только в водоемах с большим количеством растительности. Достигает 1,6-1,8 см в длину. Имеет темно-бурую окраску без отметин. Морщинки на надкрыльях выражены ярко.

Ильник (Rhantus)

Род включает в себя около 100 видов. Длина тела 1-1,1 см. Отличаются яркой желтой или ржавой окраской. Покрыты многочисленными черными точками. Иногда встречаются темные жуки со светлыми боками. Ильник часто встречается в заболоченных водоемах.

Следует учитывать, что из всех перечисленных разновидностей вредителем считается только окаймленный плавунец. Остальные не оказывают такого сильного влияния на численность обитателей водоемов.

Образ жизни жука-плавунца

Членистоногое достаточно быстро передвигается по суше, хорошо плавает и может летать. У плавунца легкое тело, поэтому ему проще всплывать на поверхность, чем погружаться в воду. Чтобы удержаться на дне, ему нужно уцепиться за растение или камень. Для этого у жука есть специальные крючки на передних конечностях.

Жук-плавунец достаточно агрессивен, в том числе и к себе подобным. Обычно охотится в одиночку, но при нехватке еды жуки собираются в группы, чтобы напасть на более крупную добычу.

Задние конечности используются только во время плавания, а также для отталкивания на суше. Конечности, расположенные по центру, помогают менять направление движения и удерживать добычу. Первая пара конечностей играет огромную роль при захвате жертвы и передвижении по суше. Во время охоты членистоногое в первую очередь полагается на органы осязания, т. е. усики. Глаза играют второстепенную роль и помогают точно определить расположение добычи.

Дыхание

Плавунец не может дышать под водой. Поэтому он всплывает каждые 8-10 минут. Дыхальца, через которые кислород поступает внутрь организма, расположены на брюшке. Поэтому всплывая, жук выставляет из воды только заднюю часть тела. Трахеи располагаются по всему телу насекомого.

На грудном отсеке вредителя находятся воздушные мешки. Аналогичные есть и у личинок. Однако функцию дыхалец у молодых особей выполняют нитевидные придатки, расположенные на задней части тела.

Зимовка

Жук-плавунец зимует на всех стадиях, кроме куколки. Поведение видов этого семейства при наступлении неблагоприятных условий различно. Большинство разновидностей выходит на поверхность, зарываясь в кору, или почву. Некоторые представители прячутся в иле. Чаще всего зимуют насекомые на стадии имаго.

Чем питается жук-плавунец?

Плавунец крайне неприхотлив. Жук-плавунец может питаться насекомыми, рыбой, а также земноводными, к примеру, лягушками и тритонами. Основной добычей для этих жуков являются мальки и головастики. Взрослые особи могут откусывать кусок от крупной добычи и отступать, выжидая следующей возможности для нападения. Жуки нападают на добычу, превышающую их размером в 3 раза.

Личинки не имеют ротового аппарата. Питание происходит путем впрыскивания желудочного сока внутрь организма жертвы, он разжижает внутренние органы жертвы, после чего личинка всасывает их.

Размножение и жизненный цикл

У насекомого полное превращение, т. е. оно проходит стадии яйца, личинки, куколки и имаго.

Спаривание происходит весной, в воде. Самцы ловят самок и крепятся к ним с помощью присосок, которые находятся на передних конечностях. Спаривание может длиться до 2 суток. При этом дышать могут только самцы. Самки, к концу спаривания, находятся в сильно истощенном состоянии и не могут плыть самостоятельно. Поэтому самцы помогают им подняться к поверхности. Если процесс спаривания был прерван или на самку приходится несколько спариваний подряд, то велик риск ее гибели.

После спаривания самки прячутся в растительности или иле. Это обосновано тем, что самцы часто нападают на ослабленного сородича сразу после спаривания, видя в нем легкую добычу. Полученных сперматозоидов достаточно для 8 месяцев оплодотворения яиц.

Самка откладывает яйца на стебли и листья некоторых растений. Определенные виды могут откладывать яйца в почву. Находясь в ткани растения, яйца защищены от многих хищников. При этом кладка прочно крепится к растению за счет выделения специальной клейкой жидкости. Наиболее часто плавунец откладывает яйца в следующие растения:

Яйца откладываются по отдельности, но могут находиться и на одном листе или стебле. Оказавшись в воде, яйцо останавливается в развитии. Кладка хорошо заметна в листьях, т. к. там ее видно насквозь. На месте, где самка жука отложила яйцо, можно увидеть бурое пятно или полосу.

Яйцо развивается от 8 до 40 дней, в зависимости от условий окружающей среды. Наиболее благоприятной считается температура в 28 °C. На яйцах этого насекомого часто паразитируют наездники.

Яйца крупные, до 6-7 мм длиной. Чаще всего имеют овальную форму. Цвет преимущественно светло-желтый. Оболочка очень тонкая, поэтому форма яиц может быть немного искривлена.

Появившаяся личинка жука-плавунца постоянно находится в засаде. Закончив линять, она выбирается на берег и зарывается в мягкую почву. Обнаружить ее практически невозможно.

Личинки имеют массивное тело с большим количеством сегментов. Голова большая, плоская. Челюсти хорошо развиты. На этой стадии личинка жука-плавунца имеет три пары конечностей, все из которых используются для плавания. Окраска личинок всегда светлее, чем у имаго. Цвет колеблется от песочного до рыжего. Возможно наличие темных пятен. В процессе линьки размеры членистоногого заметно меняются. К концу личиночной стадии развития длина тела личинки обычно превышает размеры родителя. Всего личинка плавунца сменяет три возраста.

Окукливание занимает несколько недель. Куколка жука внешне напоминает взрослую особь. На этой стадии членистоногое выделяется светло-желтой однородной окраской. Со временем ее ноги темнеют и приобретают коричневый оттенок. Тип куколки открытый.

Чем опасен жук-плавунец?

Насекомое может представлять серьезную угрозу для небольших прудов. Жук уничтожает популяции большинства водных обитателей. Его нападению подвергаются и декоративные рыбки. Вредитель часто селится в рыбоводческих хозяйствах, уничтожая всех мальков. Кроме того, он может навредить аквариумным рыбкам.

Жук-плавунец опасен для человека?

Жук способен прокусить кожу, но, учитывая отсутствие ядовитых веществ, его укус не вызывает аллергическую реакцию и отравление. Однако подобная ранка становится причиной сильной острой боли, которая может сохраняться в течение длительного времени. После укуса часто появляется отечность, гиперемия. Симптомы проходят самостоятельно спустя 2-3 недели.

Как избавиться от жука-плавунца?

С этим насекомым невозможно бороться с помощью химических препаратов. Хлорирование воды также полностью бесполезно. Если популяция мала, а растительности в пруду или бассейне нет, то можно попробовать отлавливать жуков вручную. Но эффективность данного способа тоже относительна. Чтобы избавиться от плавунца, необходимо устранить причину его появления или создать неблагоприятные условия.

Выделяют три самых популярных метода борьбы:

• Полный спуск воды. Перед повторным заполнением важно убедиться в отсутствии насекомых. Личинки и куколки могут остаться в почве. Следует удалить все растения, которые находились в пруду.
• Создать круговорот воды. Членистоногое любит только стоячую воду. Самый простой способ создать круговорот – фонтан. Все взрослые плавунцы при подобных условиях сразу отправятся на поиски более благоприятной среды обитания.
• Поселить в пруду естественных врагов. Наибольшую угрозу для жука представляет карась. Рыба питается как имаго, так и личинками. Личинки плавунца являются основой рациона карася в природе.

При временном переселении все поголовье рыб необходимо осмотреть на наличие вредителей. Перед выпуском рыбы в очищенный пруд, следует оставить их на карантин, чтобы убедиться, что насекомые не вернутся на старое место жительства. При полном спуске воды в бассейне рекомендуется известковать дно для большей эффективности.

Источник