24.09.2018
Редакция Naked Science

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.
5 часов назад
Алиса Гаджиева

Мужчину и женщину похоронили 2500 лет назад и снабдили средством для разговора с Осирисом, необходимыми внутренними органами и большим числом слуг.

Вчера, 13:57
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили, что крупный торговый центр на севере Франции построен на месте некрополя IV века.

Позавчера, 13:36
Василий Парфенов

Вопрос активности венерианских вулканов занимает планетологов давно. Если они до сих пор извергаются или делали это недавно по геологическим меркам, то недра второй планеты от Солнца по-прежнему активны. Однако получить достоверные данные подтверждающие или опровергающие активность вулканов на Венере до сих пор не получалось. Зато недавно ученые получили еще одно пусть и косвенное, но вполне надежное свидетельство «бурной жизни» геологических формирований на «сестре Земли».

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

Позавчера, 13:36
Василий Парфенов

Вопрос активности венерианских вулканов занимает планетологов давно. Если они до сих пор извергаются или делали это недавно по геологическим меркам, то недра второй планеты от Солнца по-прежнему активны. Однако получить достоверные данные подтверждающие или опровергающие активность вулканов на Венере до сих пор не получалось. Зато недавно ученые получили еще одно пусть и косвенное, но вполне надежное свидетельство «бурной жизни» геологических формирований на «сестре Земли».

3 декабря
Алиса Гаджиева

У погибшего почти 70 миллионов лет назад хищника была трудная жизнь: помимо обычного набора проблем, таких как схватки с сородичами, он страдал от зубной боли.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: