Ученые выяснили механизм образования сложной структуры стрекозиных крыльев — Naked Science
4 минуты
Редакция

Ученые выяснили механизм образования сложной структуры стрекозиных крыльев

Математики поняли, как формируется ажурная сеть жилок в крыльях стрекоз, и научились моделировать ее рост.

wings0
©Wikipedia

Стрекозы — одни из лучших мастеров полета во всей живой природе. Две пары их больших крыльев образованы слоями прочного и легкого хитина, жесткость которому придает сеть крошечных сосудов (трахей) — как крупных, «первичных», заполненных гемолимфой, так и мелких с заросшим просветом. Их структура подчиняется общей принципиальной схеме, хотя детали ветвления мелких жилок стрекозиных крыльев так же неповторимы, как отпечатки наших пальцев.

 

В своей недавней работе математик из Гарвардского университета Крис Райкрофт (Chris Rycroft) и его коллеги исследовали крылья 232 представителей отряда стрекоз (Odonata) и показали, что сложный геометрический рисунок жилок в их крыльях образуется в ходе простого четырехступенчатого процесса. В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые демонстрируют, как моделирование всех четырех шагов позволяет получать точно такие же узоры.

 

Вверху — четыре шага формирования сети жилок в крыле стрекозы. Внизу слева — узор настоящего крыла; справа — результат компьютерного моделирования всех четырех шагов. Как видим, их не отличить. / ©Hoffmann et al., 2018

 

На первом этапе крупные первичные жилки прорастают в заранее определенных направлениях, разделяя крыло на несколько больших участков. В каждом из них выделяется множество равномерно распределенных «центров ингибирования роста» — у настоящего крыла такую роль могут играть клетки или группы клеток, выделяющие вещества, препятствующие развитию мелких сосудов в их направлении.

 

На следующей стадии каждый из этих «центров» становится узлом мозаики Вороного — такого разбиения плоскости, что в каждой «плитке» любая точка находится ближе к нему, чем к любому соседнему «центру». По ребрам этой мозаики прорастают мелкие вторичные жилки. Наконец, крыло вырастает в длину, вытягивая элементы мозаики.

 

Интересно, что, задавая размеры, геометрию и другие характеристики крыльев, ученые успешно использовали такой алгоритм для точного моделирования сети жилок не только стрекоз, но и довольно отдаленных от них видов, включая кузнечиков. Впрочем, пока что речь идет лишь о математической модели реального биологического процесса: ученым еще предстоит показать, что именно так он реализуется в природе, и выяснить, какие клетки и сигнальные вещества за этим стоят.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 17:46
17 минут
Александр Березин

SpaceX после затяжной серии аварий нормально посадила прототип Starship SN15. Огромная стальная ракета поднялась в воздух на десять километров, выполнила там сложные кульбиты, которые не могла сделать ни одна ракета ранее, а затем плавно опустилась вниз. Одни говорят, что это революция, другие — что «СССР так умел полвека назад». Кто прав и что будет дальше? Попробуем разобраться.

Вчера, 20:28
4 минуты
Илья Ведмеденко

Американский малозаметный эсминец Zumwalt хотят оснастить новой гиперзвуковой системой вооружений в 2025 году. Россия к тому времени уже должна ввести в эксплуатацию ракету морского базирования «Циркон».

Вчера, 05:00
9 минут
ТГУ

Ученые Биологического института Томского государственного университета совместно с коллегами из СибГМУ исследуют зараженность животных и людей в Сибири описторхозом. Основная задача – выяснить, какие звенья играют главную роль в распространении заболевания, чтобы на основе этих данных разработать способы мониторинга и профилактики. Некоторые аспекты проблемы уже удалось понять.

1 мая
37 минут
Александр Березин

Бразильское агентство по наблюдению за здоровьем граждан (ANVISA) заявило, что нашло в вакцине «Спутник-V» некий живой вирус. Что оно имеет в виду и почему более авторитетные западные игроки не выявили подобных причин для беспокойства? Есть и другие поводы для обеспокоенных вопросов. Обе массовые западные аденовирусные вакцины от Covid-19 вызывают необычные тромбы, которые уже имели смертельные исходы. Правы ли те, кто ожидает таких же побочных эффектов от «Спутника», и почему их в этом случае еще ни разу не смогли найти?

2 мая
62 минуты
Николай Цыгикало

Знаменитый ракетный комплекс «Искандер» стал одним из символов российской военной мощи. Он не покидает центра внимания экспертов и средств массовой информации, а его тактико-технические характеристики приводятся в каждом информационном ресурсе военной тематики. Но цифры цифрами, а что за ними? Посмотрим на работу «Искандера» с разных сторон, чтобы разобраться в принципах действия и логике конструктивных решений. Тогда глубина понимания позволит пройти дальше одних лишь цифр ТТХ, и при всей важности они окажутся не на первом месте. Наш материал — самый полный рассказ о работе «Искандера» в открытом доступе.

4 мая
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: