Ученые выяснили механизм образования сложной структуры стрекозиных крыльев — Naked Science
24.09.2018
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, 20:38
Илья Ведмеденко

Российские судостроители спустили на воду головное скоростное пассажирское судно на подводных крыльях «Метеор 120Р». Предполагается, что оно ни в чем не уступает зарубежным аналогам.

Позавчера, 14:34
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

Вчера, 22:12
Мария Азарова

Как показал эксперимент, простая пищевая добавка флаванолов какао помогает людям среднего возраста легче переносить физические упражнения средней интенсивности и повысить их уровень активности.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

Позавчера, 14:34
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

1 августа
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

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: