Ученые выяснили, как бабочки спасают свои крылья от перегрева — Naked Science
София Жаботинская

Ученые выяснили, как бабочки спасают свои крылья от перегрева

4.8

Сложная структура крыльев бабочек помогает им поддерживать нужную температуру в тех частях этого органа, где содержатся живые клетки.

Фотографии бабочек в инфракрасном диапазоне
Фотографии бабочек в инфракрасном диапазоне / © Tsai, Pierce, Yu et al., Nature Communications, 2020

Американские исследователи обнаружили, что определенный диапазон температур критически важен для правильной работы крыльев бабочек. Также выяснилось, что эти насекомые изящно регулируют температуру своих крыльев с помощью как структурных, так и поведенческих адаптаций. Статья об исследовании опубликована в Nature Communications.

Вопреки распространенному мнению о том, что крылья бабочек состоят в основном из неживого материала, в этих органах есть сеть живых клеток, которые функционируют в ограниченном температурном промежутке. Из-за небольшой теплоемкости крылья быстро перегреваются на ярком солнце и сильно остывают, когда температура воздуха значительно падает.

Оказалось, при помощи крыльев бабочки способны быстро и точно определять интенсивность и направление солнечного света, не задействуя при этом глаза. Команда ученых выяснила это благодаря детальному изучению внутренней структуры крыла.

Видео об исследовании термодинамики и терморегуляции крыльев бабочек / © Youtube — Columbia Engineering

Тщательно удаляя чешуйки с крыльев и окрашивая нейроны, найденные внутри, ученые выяснили, что крылья бабочки содержат сложную сеть механических и температурных датчиков. Исследователи также обнаружили «сердце крыла», которое бьется несколько десятков раз в минуту, чтобы облегчить направленный поток крови насекомых или гемолимфы через андроконии — группы чешуек, расположенных на крыльях некоторых видов бабочек и служащих для испарения феромонов.

«Большая часть исследований крыльев бабочки была сосредоточена на цветах, используемых при передаче сигналов этими существами, — говорит профессор Наоми Пирс, один из авторов исследования. — Эта работа показывает, что мы должны переосмыслить крыло бабочки как динамическую живую структуру, а не как относительно инертную мембрану».

Также ученые смогли изучить температурное распределение на поверхности крыльев насекомых. Это стало возможно благодаря неинвазивной методике, основанной на гиперспектральной визуализации в инфракрасном диапазоне. Ранее провести подобное исследование из-за хрупкости и тонкости крыла было невозможно. «Мы обнаружили, что наноструктуры различного масштаба и неодинаковая толщина кутикулы создают неоднородное распределение радиационного охлаждения, <…> что избирательно снижает температуру живых структур, таких как жилки крыла», — говорит соавтор работы Наньфан Ю.

Распределение температуры на крыльях трех видов бабочек, освещенных солнечным светом, показывает, что, несмотря на широкий разброс по окраске и рисунку, температура андроконий и жилок, которые содержат живые клетки, всегда ниже, чем в остальных частях органа / © Tsai, Pierce, Yu et. al, Nature Communications, 2020

Для оценки влияния факторов окружающей среды (таких как солнечная радиация, температура земли, влажность воздуха) ученые воспроизвели в лаборатории естественную среду обитания бабочек. Оказалось, у различных видов этих существ, независимо от цветов и узоров, те области крыльев, которые содержат живые клетки, всегда холоднее, чем «безжизненные» участки.

Когда бабочек подвергали влиянию направленного света, имитирующего солнечный, то насекомые при достижении определенного температурного порога (примерно 40 градусов по Цельсию) реагировали определенным образом, чтобы не допустить перегрева. По достижении этой температуры чешуекрылые поворачивались так, чтобы минимизировать нагрев.

Это исследование не только раскрывает новые особенности физиологии бабочек. Результаты работы американских ученых могут помочь и при разработке новых теплоизолирующих покрытий.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

5 часов назад
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

4 часа назад
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Вчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: