Шестерёнки впервые обнаружили в живом организме

Механизм зубчатой передачи позволяет насекомому прыгать очень быстро

Механизм зубчатой передачи позволяет насекомому прыгать очень быстро
(фото Malcolm Burrows).

Представитель вида Issus coleoptratus

Представитель вида Issus coleoptratus
(фото Malcolm Burrows).

Механизм зубчатой передачи позволяет насекомому прыгать очень быстро
Представитель вида Issus coleoptratus

Большинство инженерных изобретений — результат подражания природе. Одни учёные пытаются воссоздать кожу человека, другие − сконструировать фасеточные глаза насекомых, третьи − не перестают удивлять своими роботами, ведущими себя как животные. Но чтобы природа стала подражать человеческим изобретениям — это уже какой-то абсурд.

Тем не менее, исследователи впервые обнаружили у насекомого простейший механизм зубчатой передачи, который всегда считался чудом инженерной мысли. Миниатюрное создание природы не умеет летать, но зато очень быстро прыгает — и всё благодаря шестерёнкам.

"Когда нам говорят о зубчатой передаче, мы сразу же вспоминаем велосипеды и машины. Но я никогда бы не подумал, что речь идёт о животном", — говорит нейробиолог и биомеханик Малкольм Барроуз (Malcolm Burrows) из Кэмбриджского университета.

Механизм зубчатой передачи позволяет насекомому прыгать очень быстро (фото Malcolm Burrows).

Удивительное насекомое вида Issus coleoptratus обитает на территории Северной Америки и Европы. По словам исследователей, оно может развивать скорость выше, чем автомобиль "Феррари" (Ferrari).

В отличие от кузнечиков, чьи лапки расположены по бокам от туловища, у I. coleoptratus они находятся под телом. Из-за этого у последних возникает проблема. Если кузнечик может подпрыгнуть, оттолкнувшись одной ногой, и сохранить баланс, то I. coleoptratus после такого трюка начнёт вращаться вокруг своей оси. Однако этого не происходит: насекомое координирует свои движения удивительно слаженно.

Чтобы рассмотреть все движения в отдельности, Барроуз и его коллеги засняли прыжок I. coleoptratus на высокоскоростную камеру, которая снимает по 30 тысяч кадров в секунду. Просмотр записи на небольшой скорости показал, что задние ноги отставали друг от друга с погрешностью не более чем в 30 микросекунд (миллионных долей секунды). Интересно, что время передачи нервного импульса от конечности к мозгу или в обратном направлении занимает намного больше времени.

Представитель вида Issus coleoptratus (фото Malcolm Burrows).

Нервная система насекомых I. coleoptratus слишком медленно работает, чтобы синхронизировать движения задних лап. Поэтому в процессе эволюции они "создали" для себя зубчатую передачу. В каждом кадре высокоскоростной съёмки исследователи разглядели зубчатые колёса на обеих задних лапах.

Как пишут учёные в журнале Science, каждое колёсико имело по 12 зубов. Этот механизм обеспечивает I. coleoptratus мгновенной и очень эффективной синхронизацией конечностей.

"Их природный механизм очень похож на наш рукотворный. Немного обидно, что I. coleoptratus эволюционировали до зубчатой передачи миллионы лет назад, а мы её изобрели относительно недавно", — говорит Барроуз.

Вероятно, это далеко не последнее открытие такого рода. Коллеги Барроуза, не принимавшие участия в работе, убеждены, что всё, что человек создал своими руками, природа предусмотрела уже очень давно. Нужно только правильно посмотреть.

Также по теме:
Найдены сходства мышечной механики шмеля и человека
Учёные открыли сходные эволюционные изменения у многих видов насекомых
Энтомологи открыли у мух необычную связь между нейронами
Тараканы научат роботов быть более устойчивыми
Японцы создали гибридного робота, управляемого тутовым шелкопрядом