Как таракан проходит через тесные препятствия

Тесный проход может ограничивать высоту или ширину. Поэтому способность таракана преодолеть препятствие связана не только с размером тела: важны его деформация, поворот и положение ног.

Под низким потолком помогают поза и сжатие

В исследовании две тысячи шестнадцатого года американских тараканов направляли через горизонтальные щели. Самые низкие проходы были меньше четверти обычной высоты стоящего насекомого. Высокоскоростная съёмка показала сложную последовательность действий, а не равномерное скольжение неизменного тела.

Тараканы меняли позу и сжимали тело. После входа они продолжали быстро двигаться в ограниченном пространстве. При самом низком потолке уменьшались скорость, длина и длительность шага, а проскальзывание и извилистые траектории становились вероятнее.

Авторы отдельно изменяли трение сверху и снизу. Более сильное трение о потолок замедляло движение. Для поверхности под ногами зависимость была другой: наибольшая скорость достигалась при промежуточном трении. Поэтому правило «чем более шероховато, тем легче пройти» не описывает этот результат.

Предложенное объяснение учитывало одновременно сопротивление тела при контакте с ограничивающими поверхностями и толчки ног. Испытания сжатия также показали механическую прочность наружного скелета. Но лабораторные условия не задают безопасной нагрузки для любого таракана и не означают, что насекомое проходит через отверстие произвольного размера.

Между вертикальными препятствиями полезен поворот

Работа две тысячи пятнадцатого года рассматривала другую задачу. Дисковидных тараканов направляли между высокими, тесно расположенными гибкими элементами, напоминающими стебли травы. Здесь ограничение приходилось прежде всего на ширину доступного промежутка.

Животные использовали разные способы прохождения, в том числе боковой поворот тела. Такой поворот позволял проходить между элементами с расстоянием меньше половины ширины таракана. Это не равнозначно уменьшению ширины всех тканей: ориентация меняет то, какая часть формы должна поместиться в промежутке.

Исследователи прикрепляли искусственные оболочки, уменьшающие округлость тела. После такого изменения боковые повороты почти исчезали, а успешность прохождения снижалась. Проверка связывала результат с геометрией, а не только с общим впечатлением о ловкости насекомого.

Округлую оболочку затем добавили шагающему роботу. Она позволила ему проходить между препятствиями с боковым поворотом без нового сенсорного управления. Это показало вклад самой формы и механического контакта. Однако опыт не доказывает отсутствия нервного управления у живого таракана: у робота и животного проверяли разные стороны одного механического вопроса.

Положение ног меняет трудность перехода

В две тысячи двадцать втором году дисковидных тараканов изучали при прохождении между жёсткими препятствиями. Особое внимание уделили переходу от приподнятого положения передней части тела к боковому повороту в промежуток.

Животные сгибали голову и брюшко, уменьшали разведение задних ног и использовали их неодинаково: одна нога опускалась, другая поднималась. При беге по ровной поверхности таких сочетаний изменений не наблюдали. Поэтому движение между препятствиями нельзя описать простым переносом обычного шага в узкое место.

Для оценки механического эффекта авторы уточнили расчёт энергии системы. Он учитывал дополнительные изменения положения тела и конечностей. Уменьшение разведения ног заметно снижало энергетический барьер перехода, тогда как сгибание головы не давало сопоставимого снижения.

Исследователи предположили, что движения головы могут помогать получать сведения о препятствиях. Это возможная сенсорная функция, а не доказанный расчётом способ уменьшить барьер. Наблюдаемое движение, его механический эффект и предполагаемое получение информации нужно различать. Разные части тела участвуют в прохождении, но не каждое их изменение действует одинаково.

Что видно на иллюстрации

Коричневый таракан стоит на коре. Видны длинные усики, ноги и сложенные крылья. У взрослого американского таракана характерны красновато-коричневый цвет и светлые края щитка за головой. Развитые крылья прикрывают брюшко; у нимф они отсутствуют.

Портрет показывает внешность взрослого таракана. Прочность и прохождение препятствий оценивают в опыте.