Как блоха отталкивается при прыжке

Прыжок блохи обеспечивается предварительно накопленной упругой энергией. Мышечная работа нагружает внутреннюю конструкцию, а быстрое освобождение этого запаса помогает поднять тело над опорой. Но источник энергии и место, которым нога давит на поверхность, — разные части объяснения.

Почему нужен предварительный запас

В раннем исследовании кроличьей блохи учёные сопоставили затраты энергии и очень короткое время отталкивания. Прямое сокращение мышцы не объясняло требуемую быструю отдачу. Авторы пересмотрели устройство задней ноги и изучили движение скоростной киносъёмкой.

Они предложили механизм, при котором сокращение мышцы заранее нагружает упругую подушечку в области груди. В её составе важен резилин — белок с выраженной упругостью. Другая мышца меняет положение системы, удерживавшей тягу, и запас получает возможность быстро высвободиться.

Предложение проверяли также вмешательствами на живых насекомых. В рассмотренном сравнении лучше прыгающим видам соответствовали более крупные упругие подушечки. Это наблюдение относится к исследованному устройству: одной наружной длины ноги недостаточно, чтобы измерить внутренний запас.

Слово «пружина» здесь описывает возвращение нагруженной конструкции к прежней форме. Она не создаёт энергию сама. Предварительная мышечная работа и быстрое освобождение запаса разделены во времени, что и позволяет получить резкое движение.

Какая часть ноги толкает поверхность

Позднее исследование проверило две конкурирующие схемы передачи усилия. В одной непосредственную опору создавал вертлуг — небольшой отдел у основания ноги. В другой усилие проходило через систему рычагов к голени и лапке, то есть к более удалённым от тела участкам.

Учёные построили механические модели, рассчитали возможные скорости и ускорения, а затем сравнили их со скоростными записями естественных прыжков. Измеренное движение согласовалось со схемой передачи усилия через голень и лапку.

Особенно показательны прыжки, в которых вертлуг вообще не касался опоры. Различия движения между такими прыжками и прыжками с начальным касанием вертлуга не обнаружили. Значит, само его прикосновение ещё не доказывает, что именно этот отдел обеспечивает толчок.

Электронная микроскопия дала дополнительное различие: на голени и лапке имелись шипики, подходящие для передачи усилия поверхности, а на вертлуге подобных структур не увидели. По совокупности наблюдений авторы связали отталкивание с концами голеней. Поэтому выражение «прыгает коленями» не передаёт установленную ими механику.

Дальность и высоту измеряют отдельно

В сравнении кошачьей и собачьей блох использовали молодых взрослых насекомых, ещё не получавших кровяного корма. В сходных условиях средняя длина прыжка собачьей блохи оказалась больше. При этом результаты отдельных особей заметно различались внутри каждого вида.

Для оценки высоты применяли другой способ: группам насекомых предлагали цилиндры разной высоты и записывали, какая доля могла выпрыгнуть наружу. Высота, которую преодолела половина группы, и самый высокий единичный прыжок являются разными показателями.

Поэтому нельзя заменить всю картину одним рекордом и ожидать его от каждой блохи. Важно знать, что именно измеряли: горизонтальную длину, вертикальное преодоление стенки, средний результат или максимум. И условия такой проверки относятся к указанной возрастной и пищевой группе, а не ко всем стадиям жизни.

Что показывает наружный облик

У взрослой кошачьей блохи тело сжато с боков, окраска бывает красновато-коричневой или тёмной, крыльев нет. Личинка выглядит иначе и не является уменьшенной копией взрослой особи. Поэтому описание взрослого прыжкового аппарата не следует переносить на неё по одному названию насекомого.

Иллюстрация показывает спокойную взрослую блоху и её наружные ноги. На таком изображении не видны нагрузка внутренней пружины, момент освобождения или сила контакта. Их устанавливают по последовательности движения и специальным измерениям, а не по позе на одиночном кадре. Форма ноги сама по себе такой записи не заменяет.