Wsn150311

Порой ученые выбирают себе странные объекты для исследования, по крайней мере, с точки зрения дилетантов. Например, науку уже давно интересует вопрос, как блохам удается совершать поистине гигантские - относительно размеров их тела - прыжки. Впервые ученые приблизились к разгадке этого секрета почти полвека назад, однако имевшаяся тогда в их распоряжении кинотехника не позволила ответить на все вопросы. И вот теперь британским исследователям удалось, наконец, с высокой точностью реконструировать механизм прыжка блохи.

Пять кадров на весь прыжок

Для этой цели специалисты Кембриджского университета использовали скоростную кинокамеру, способную снимать пять тысяч кадров в секунду. Кстати, это вовсе не так уж много: поскольку прыжок блохи длится всего 0,001 секунды, на весь процесс столь стремительного движения приходится лишь пять кадров. "Но этих пяти кадров нам хватило, чтобы понять, что там, собственно, происходит", - говорит профессор нейродинамики и нейробиологии Малком Барроуз (Malcolm Burrows).

Поскольку блохи перед самым прыжком обычно приседают так низко, что опираются на поверхность не только лапками, но и коленями задней пары конечностей, долгое время считалось, что они отталкиваются от поверхности "четырьмя точками". Однако киносъемка множества экспериментов показала, что примерно каждая десятая блоха совершала прыжок в момент, когда колени не касались опоры.

Таким образом, вся передача усилия осуществляется только через крайние точки задней пары конечностей. В пользу этого тезиса говорит и строение ног блохи, говорит коллега профессор Барроуза, нейробиолог Грегори Саттон (Gregory Sutton): "На лапках прыгательных конечностей блохи есть очень твердые шипы, которые обеспечивают оптимальный контакт с опорой во время прыжка. А вот на коленях нет ничего, что гарантировало бы надежный контакт".

Человека смяло бы в лепешку

Между тем, такой контакт чрезвычайно важен, чтобы блоха при прыжке не поскользнулась. Ведь развиваемое при этом усилие огромно: ускорение при прыжке примерно в 100 раз превышает ускорение свободного падения. Иными словами, в момент прыжка блоха испытывает стократную перегрузку.

Для сравнения: на астронавтов в американском шаттле при старте действует лишь трехкратная перегрузка. Никакие мышцы не в состоянии обеспечить такое гигантское ускорение, какое характерно для прыгающей блохи, - подчеркивает профессор Барроуз: "Мышца может выполнять лишь одну из двух задач: либо она сокращается очень быстро, но развивает при этом сравнительно небольшое усилие, либо, напротив, развивает весьма значительное усилие, но сокращается при этом медленно".

Поэтому блохи, а также ногохвостки, пенницы, кузнечики, сверчки и прочие прыгающие насекомые используют механизм, напоминающий катапульту или лук. Заблокировав задние конечности так, чтобы те не двигались, блоха начинает медленно сокращать мышцы. Энергия упругой деформации накапливается при этом в особой эластичной структуре, состоящей из белка резилина. Именно эта структура и играет роль согнутого лука или закрученного жгута катапульты: она способна практически мгновенно высвободить до 98 процентов накопленной энергии.

Синтетический резилин и прыгающий робот

По словам Грегори Саттона, это гораздо более высокий показатель, чем у любого из соединений, применяемых сегодня в технике. Не зря американские и австралийские исследователи изучают свойства резилин и пытаются разработать технологию его искусственного синтеза: применение синтетического резилина при производстве, скажем, автомобильных шин или подошв спортивной обуви позволило бы значительно повысить их эксплуатационные характеристики.

Но конструкторы и технологи могут позаимствовать у блохи не только эластичный белок: это насекомое призвано послужить прообразом для прыгающих роботов, - считает Грегори Саттон: "Прыжки - это великолепный способ перемещения в пространстве. Не нужно никаких дорог, да и местность может быть сколь угодно пересеченной. Не зря же эволюция привела к возникновению такого изобилия прыгающих насекомых!"

Однако есть одна деталь в прыгательном механизме блохи, которую британским ученым пока разгадать не удалось. Своей главной задачей они считают теперь выяснение вопроса, что позволяет насекомому отталкиваться от поверхности обеими ногами строго синхронно. Ведь малейшая неточность привела бы к совершенно непрогнозируемой траектории полета: блоха кувыркалась бы в воздухе и приземлялась в случайной точке. На самом же деле она летит после прыжка строго вперед.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева