Как уховёртка складывает задние крылья

Задние крылья уховёртки складываются благодаря сочетанию заранее заданных линий сгиба и упругих участков. Материал соединений запасает энергию деформации, а затем помогает крылу быстро возвращаться в компактное положение. При этом внутри самого крыла нет мышц, которые последовательно сгибали бы каждую его часть.

Большое крыло помещается под коротким покровом

У взрослой обыкновенной уховёртки передние крылья короткие и плотные, а задние — тонкие, перепончатые. Именно её крылатую форму рассматриваем здесь. В покое задняя пара спрятана под передней, поэтому насекомое не выглядит обладателем большой лётной поверхности. Раскрытое заднее крыло напоминает веер, но складывание не ограничивается простым сближением его рёбер.

Система сочетает веерное складывание с другими сгибами. В результате большая поверхность превращается в небольшой пакет. Для этого должны согласованно менять положение соседние участки перепонки и поддерживающие их жилки. Здесь важна не только форма раскрытого крыла, но и путь перехода к сложенному состоянию.

Где находятся упругие участки

При исследовании крыльев обыкновенной уховёртки учёные использовали световую и флуоресцентную микроскопию. Они обнаружили отдельные участки резилина — белка, который может заметно деформироваться и возвращаться к прежнему состоянию. Эти участки распределены по крылу не одинаково.

В разных жилках упругий материал располагается с разных сторон. Такое размещение связано с направлением складывания. Запас упругой энергии возникает в расширенных участках жилок и вдоль сгибов. Поэтому важны одновременно свойства материала и его точное положение.

Для некоторых центральных участков авторы предположили другую основную роль резилина: уменьшение риска повреждения материала. Это полезное различие. Нельзя считать каждое упругое пятно одинаковой пружиной, которая обязательно выполняет одну и ту же задачу.

Почему раскрытое крыло не складывается сразу

У крыла есть механизм удержания раскрытого положения. В механической работе его описали как систему с двумя устойчивыми состояниями. Такое устройство может сохранять выбранную форму, а затем переходить к другой после изменения условий удержания.

Соединения между участками крыла действуют не только как шарниры, которые поворачиваются. Они способны упруго растягиваться и работать как пружины. Благодаря этому обычная модель складывания жёсткого листа бумаги не полностью описывает реальное крыло.

Исследователи создали основанную на этом принципе механическую модель и искусственные складывающиеся конструкции. Это помогает проверять значение упругих соединений, но работа искусственной детали сама по себе не является записью поведения каждого живого насекомого. Складывание без мышц внутри крыла также не означает отсутствие мышечной работы при самом полёте.

Устойчивость проверяли во время полёта

В отдельной работе микроскопию сопоставили со скоростной видеосъёмкой. Крыло оказалось разделено на области с разными свойствами жилок: одни участки более жёсткие, другие легче изменяют форму. Такое распределение помогает сочетать способность складываться с устойчивостью при взмахах.

На записи обнаружили изменение особой линии изгиба. В неподвижном раскрытом состоянии она препятствовала сгибанию по одной линии, а при полёте её протяжённость менялась и она блокировала ещё одну важную линию складывания. Поэтому раскрытая геометрия на фотографии и форма работающего крыла не полностью совпадают. Движение выявляет защиту от нежелательного складывания, которую неподвижный снимок показывает лишь частично.

Что объясняет геометрическая модель

Другое исследование использовало рентгеновские трёхмерные изображения и геометрическое построение. Учёные разработали способ воспроизводить сложную схему сгибов веера. Такая схема позволяет согласовать размеры и расположение участков, чтобы они складывались в плоскую компактную форму.

Модель помогает проектировать искусственные конструкции разных размеров. Её применили и к реконструкции крыла древнего родственника уховёрток. Это восстановление вероятного механизма по сохранившемуся строению, а не наблюдение полёта вымершего насекомого.

Геометрия отвечает на вопрос о совместимости сгибов, изучение материалов — об упругости, а видеосъёмка — о реальном изменении формы. Вместе они объясняют, как тонкое крыло может быть и компактно упакованным, и устойчивым в раскрытом состоянии.