Ученые попробовали утопить водомерок искусственным дождем

Ученые поняли, почему водомерки не тонут под каплями дождя, устроив для насекомых испытания в лабораторных условиях. Ускоренная видеозапись показала, что выжить им помогают особые движения и строение скелета, а также пузырьки воздуха, говорится в исследовании, опубликованном в журнале PNAS.

Водомерки — полужестокрылые насекомые из подотряда клопов, являются единственными насекомыми, чей полный жизненный цикл проходит в водных условиях. Морские водомерки, на которых приходится порядка 10% всех видов, испытывают наибольшие трудности, связанные со штормами, в результате которых образуются сильные волны и брызги, способные полностью погрузить насекомых под поверхность воды.

Вопрос о том, как водомеркам удается справляться с волнением водной поверхности, ранее изучался лишь в контексте способности этих насекомых совершать прыжки.

Однако отдельный интерес представляет вопрос о том, как водомерки справляются с каплями дождя, способными полностью утопить их в воде. Дождевые капли имеют массу 0,11-65 мг и могут быть в 40 раз тяжелее водомерок, их диаметр составляет от 0,6 до 5 мм, а скорость при падении — до 9 м/с.

Ученые под руководством Эндрю Дикерсона из Университета Теннесси (США) впервые решили исследовать воздействие дождя на водомерок, используя высокоскоростную видеосъемку и специальный бассейн.

Исследователи сбрасывали на водомерок крупные капли воды с высоты от 03, до 1,7 метров и наблюдали за движениями насекомых. Анализ полученных видеозаписей показал, что ключевым фактором выживания водомерок при ударе капли является их чрезвычайно легкий водоотталкивающий экзоскелет, делающий их неуязвимыми при больших силах и ускорениях.

У взрослой водомерки площадь тела, на которую приходится удар капли, составляет 165 квадратных миллиметров, 80% которых приходится на ноги.

При падении капли на поверхности воды образуется ударный «кратер», при этом полученный импульс может как погрузить водомерку под воду, так и оставить ее на поверхности. Затем кратер схлопывается, и образующийся всплеск может вынести незадачливую водомерку на поверхность. В зависимости от расположения насекомого относительно удара капли, водомерку может как вынести из воды, так и снова утопить во вторичном кратере при возвращении выброшенной воды.

При этом в зависимости от полученного ускорения водомерки могут либо оказаться на поверхности, либо полностью погрузиться под воду в результате схлопывания вторичного, более асимметричного кратера, при этом погружение происходит это при ускорении выше, чем 5,7 g.

В этом случае для всплытия они имеют два механизма. Первый — энергичные направленные движения ногами. Второй — использование так называемого пластрона — пузыря воздуха, остающегося вокруг волосков на теле, и позволяющего поддерживать положительную плавучесть.

По словам ученых, полученные сведения могут быть использованы для изучения того, как частицы микропластика погружаются в толщу океана под действием капель дождя.

«До этого момента в литературе отсутствовало описание динамики образования вторичных кратеров. Теперь мы понимаем, насколько критическую роль играет вторичный кратер в вертикальном переносе частиц, таких, как плавающий микропластик, к которому относят частицы размером менее 5 мм, в настоящее время засоряющие мировой океан, учитывая, что ударная динамика таких частиц схожа с динамикой водомерок», — говорится в исследовании.