Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 656

Биологи МГУ изучили механизм симметричного складывания крыльев у мельчайших жуков

Исследование помогает разобраться в изменениях, происходящих с крылатыми насекомыми в ходе миниатюризации — эволюции в направлении сильного уменьшения размеров
Жук семейства Ptiliidae. Фото  Donald Hobern

Жук семейства Ptiliidae. Фото Donald Hobern

Сотрудники кафедры энтомологии биологического факультета МГУ подробно проанализировали характер и механизм обнаруженного у мельчайших жуков из семейства перокрылок (Ptiliidae) симметричного складывания и последующего расправления крыльев на примере широко распространенного вида этого семейства Acrotrichis sericans. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Исследование помогает разобраться в изменениях, происходящих с крылатыми насекомыми в ходе миниатюризации — эволюции в направлении сильного уменьшения размеров. Результаты работы могут быть использованы в робототехнике для создания миниатюрных летательных аппаратов, способных складывать крылья. Хотя некоторые из маленьких летающих роботов уже умеют это делать, по сравнению с жуками-перокрылками такие механизмы по-прежнему остаются гигантами. Однако не исключено, что инженеры, работающие над миниатюризацией подобных устройств, когда-нибудь сумеют спроектировать и изготовить искусственные подобия мельчайших жуков, сравнимые по размерам с этими удивительными природными образцами.

Жуков, пойманных в окрестностях Звенигородской биологической станции МГУ, исследовали с помощью методов сканирующей электронной, конфокальной лазерной и световой микроскопии, а также высокоскоростной видеосъемки и трехмерного компьютерного моделирования.

«В отличие от асимметрично складывающих крылья более крупных жуков из других семейств, а также от представителей не столь далеко ушедшего по пути миниатюризации подсемейства Nossidinae того же семейства Ptiliidae, жуки из рода Acrotrichis, как и большинство представителей семейства, в том числе самые маленькие из известных науке свободноживущих (непаразитических) насекомых, складывают свои крылья симметрично. Известно, что миниатюризация нередко приводит к возникновению асимметричных структур, например в нервной или в половой системе. Наше исследование проливает свет на единственный отмеченный случай произошедшего в ходе миниатюризации возврата к строгой симметрии. Изученные нами жуки складывают крылья, упаковывая их под надкрылья посредством серии движений брюшка, а расправляют пассивно, приподнимая надкрылья, за счет обеспечивающего крылу упругость белка резилина, соответствующим образом распределенного в крыловой пластинке, а также, по-видимому, за счет возникающих в крыловой пластинке параллельных оси крыла волнообразных изгибов, которые делают крыло жестче подобно тому, как становится жестче металлическая лента измерительной рулетки, выгибаясь по мере разматывания», — рассказал Петр Петров, старший научный сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ.

Авторы статьи показали, что минимальная продолжительность складывания крыльев у исследованного вида составляет 3,5 с, но обратный процесс происходит принципиально иначе и гораздо быстрее: зарегистрированная у данного вида минимальная продолжительность расправления крыльев составила всего лишь 0,038 с — в настоящее время это рекордно быстрое расправление крыльев среди жуков. При этом коэффициент складывания крыльев (отношение длины расправленного крыла к длине сложенного) оказался у данного вида, напротив, рекордно низким: 3,31 (если измерять длину крыла без длинных щетинок, которые у перокрылок, как и у большинства других микронасекомых, окаймляют узкую крыловую пластинку по периферии).

«Миниатюрные формы возникли в ходе эволюции в нескольких разных отрядах крылатых насекомых. Большинству этих микронасекомых свойственна так называемая птилоптеригия — узкие крылья, окаймленные сравнительно длинными периферическими щетинками. Обладатели таких крыльев летают с помощью особого механизма, который мы в настоящее время подробно изучаем. Мельчайшие жесткокрылые, относящиеся к семейству перокрылок, уникальны среди микронасекомых своей способностью складывать такие крылья. В дальнейшем мы планируем подготовить сравнительный анализ складывания и расправления крыльев у представителей разных групп жуков-перокрылок и восстановить ход эволюции механизмов, лежащих в основе этих процессов», — добавил заведующий кафедрой энтомологии биологического факультета МГУ Алексей Полилов.

Работа выполнена при грантовой поддержке РНФ и РФФИ.

Рисунок 1. Крыло жука-перокрылки 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). Условные обозначения: wb — основание крыла, wba — вершина крыловой пластинки, f1–f4 — складки с первой по четвертую. Петр Петров/МГУ

Рисунок 1. Крыло жука-перокрылки 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). Условные обозначения: wb — основание крыла, wba — вершина крыловой пластинки, f1–f4 — складки с первой по четвертую. Петр Петров/МГУ

Рисунок 2. 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). Условные обозначения: scl2 — щиток среднегруди, al — алакриста (отросток щитка заднегруди), wb — основание крыла, f1–f4 — складки с первой по четвертую. Петр Петров/МГУ

Рисунок 2. 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). Условные обозначения: scl2 — щиток среднегруди, al — алакриста (отросток щитка заднегруди), wb — основание крыла, f1–f4 — складки с первой по четвертую. Петр Петров/МГУ

Информация и фотографии предоставлены пресс-службой МГУ им. М.В. Ломоносова.

 

ptiliidae биологи мгу биологическая станция мгу биологический факультет мгу кафедра энтомологии биологического факультета мгу мгу ломоносова рнф рффи симметричное складывание крыльев

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.