Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физиологи установили, как мухи ощущали приложенную лапками силу
Как насекомое весом в несколько миллиграммов чувствует мир под ногами? Ученые выяснили, что комнатные мухи использовали особые сенсоры в лапках для точного определения силы и ее динамики. Исследование не только пролило свет на биомеханику насекомых, но и поможет в разработке нового поколения роботов.
Биологи давно изучают, как животные воспринимают механические силы, необходимые для движения и равновесия. У крупных насекомых, таких как тараканы и палочники, эти механизмы хорошо известны — ключевую роль играют куполовидные сенсиллы, особые механорецепторы внутри экзоскелета. Однако оставалось открытым, как обстоят дела у крошечных насекомых с минимальным весом, таких как обычные комнатные мясные мухи Calliphora vicina.
Предыдущие исследования на мухах часто фокусировались на плодовой мушке дрозофиле. Ее генетические преимущества неоспоримы, но малый размер ограничивал возможности для прямого изучения сенсорных элементов. Сенсоры на крыльях и жужжальцах мух были подробно изучены, но активная работа сенсоров именно на их ногах оставалась практически «белым пятном» для физиологов.
Новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Journal of Neurophysiology, заполнило этот пробел. Международная команда ученых изучила поведение куполовидных сенсилл, расположенных на голени задней лапки комнатной мухи. Эти похожие на крошечные купола в экзоскелете органы важны для кодирования информации о механических силах во время стояния и движения.
В рамках эксперимента ученые записывали активность группы сенсилл на голени задней лапки мух, прилагая к лапке контролируемые силы с различной скоростью и амплитудой. Оказалось, что сенсиллы комнатной мухи чрезвычайно чувствительны не только к абсолютной величине прилагаемой силы, но и к скорости ее изменения.
Сенсорные ответы показали гистерезис (зависимость состояния системы от ее предыстории) и высокую чувствительность к кратким спадам нагрузки. Даже очень малые и кратковременные уменьшения силы вызывали сильное подавление активности этих сенсоров.
Это продемонстрировало, насколько восприятие силы жизненно важно для равновесия и передвижения. Даже легчайшие насекомые, подобные комнатным мухам, нуждаются в отслеживании как величины силы, так и ее динамики, причем делают это очень точно.
Для проверки своих наблюдений биологи применили математическую модель, изначально разработанную для описания работы аналогичных сенсоров у более крупных насекомых. Однако модель смогла точно воспроизвести реакции сенсоров комнатной мухи. Это весомое подтверждение идеи о том, что обнаружение силы — универсальная, масштабируемая стратегия, которая помогает контролировать мышцы и поддерживать равновесие и присуща различным видам насекомых вне зависимости от их размера.
Такая чувствительность помогает при ходьбе и сигнализирует о проскальзывании ноги, которое способно дестабилизировать опору тела, еще до изменения его положения. Сенсиллы мух кодировали силы в диапазонах, соответствующих их минимальному весу, но их активность также подавлялась очень малыми кратковременными уменьшениями силы.
Моделирование показало, что характерные особенности куполовидных сенсилл, такие как чувствительность к скорости и гистерезис, являются эмерджентными (естественно возникающими) свойствами примененной математической модели. Она точно воспроизвела реакции сенсоров мухи на различные стимулы, будучи настроенной лишь на один простой тип воздействия.
Этот подход к моделированию может улучшить понимание настройки сенсоров у различных животных. Кроме того, он открывает путь к совершенствованию передвижения роботов через имитацию реакции реальных сенсорных систем на силу, тем самым объединяя фундаментальные биологические открытия с практическими инженерными разработками в области биомеханики и робототехники.
Telegram 
Дзен 
VK За последние 10 тысяч лет направленный естественный отбор способствовал эволюции почти 500 генов в ДНК жителей Западной Евразии, что повлияло на их внешний вид и восприимчивость к различным заболеваниям, установили авторы нового исследования.
Ветер на спутнике Сатурна Титане способен поднимать огромные волны, даже если он очень слабый. Эти волны формируют берега, переносят осадки, перемешивают жидкости и даже влияют на климат луны. Изучая их, планетологи могут понять, как устроены потенциально обитаемые миры за пределами Земли.
Ученые впервые подробно изучили состав самых дальних колец Урана. Выяснилось, что одно из них похоже на ледяное облако пыли, а другое богато органикой. Открытие помогает восстановить историю столкновений спутников и показывает, как именно формируются пылевые системы вокруг планет.
За последние 10 тысяч лет направленный естественный отбор способствовал эволюции почти 500 генов в ДНК жителей Западной Евразии, что повлияло на их внешний вид и восприимчивость к различным заболеваниям, установили авторы нового исследования.
Ученые продолжают исследовать фундаментальные частицы на неделимость. На этот раз на БАК исследовали кварки и не нашли у них признаков составной частицы.
Что, если развитые цивилизации во Вселенной не исчезают навсегда, а периодически «выключаются», переживая циклы коллапсов и восстановлений? Модель, разработанная авторами нового исследования, показывает, что такая прерывистая жизнь может объяснить космическую тишину — и переосмыслить будущее Земли.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии