(Epiprocta) - Epiprocta   подотряд / подпорядок  

В последние годы ученые по всему миру сообщают о быстром сокращении численности насекомых. Согласно одному из исследований, общая биомасса представителей этой группы ежегодно снижается на 2,5 процента. Тревожнее всего выглядит ситуация в некоторых европейских странах: например, в национальных парках Германии летающих насекомых всего за три десятилетия стало меньше на 76 процентов. Причины проблемы пока не до конца ясны, однако ее последствия могут сказаться на целых экосистемах.

Лучше всего падение численности насекомых задокументировано в Европе, где развито интенсивное сельское хозяйство и высока плотность населения. Однако ситуация на других континентах, например, в Северной Америке, изучена намного хуже.

Заполнить этот пробел решила команда специалистов во главе с Майклом Кроссли (Michael S. Crossley) из Университета Джорджии. Они проанализировали данные многолетнего мониторинга численности различных групп насекомых (и некоторых других членистоногих), собранные в 12 экологических регионах США, от Аляски до пустынь Нью-Мексико. Исследовательские площадки располагались как в охраняемых зонах, так и на территориях, сильно измененных человекам — например, в городах и на фермах. Особенное внимание авторы уделили сельскохозяйственным землям на Среднем Западе.

Продолжительность сбора данных на отдельных участках была различной. На некоторых он начался еще в 1970-1980 годах и продолжается до сих пор. На других временные ряды были более короткими.

Сопоставив все полученные цифры, исследователи не обнаружили признаков полномасштабного падения численности насекомых в США. На отдельных участках некоторые группы видов становились более редкими, однако это компенсировалось ростом популяций на других территориях. Сокращение количества насекомых было отмечено на 32 процентах из 5375 временных рядов. Еще на 24 процентах зафиксирован рост численности, а на 43 процентах значимые изменения не зарегистрированы.

В целом в 12 экорегионах США популяции насекомых оставались относительно стабильными. Эти результаты сохранились, когда авторы отдельно рассчитали изменения численности водных и наземных насекомых, а также растительноядных, хищных и всеядных. 

Полученные результаты обнадеживают. Тем не менее авторы отмечают важность мониторинга численности насекомых и охраны наиболее уязвимых групп. В первую очередь это касается видов, которые оказывают основополагающие экосистемные услуги — например, опылителей. Численность многих из них сокращается. Кроме того, особое внимание следует уделить экосистемам, которые уже пострадали от деятельности человека, например, прериям. 

В Германии, где признаки падения численности насекомых очевидны, власти готовы пойти на радикальные меры ради сохранения экосистем. Местное министерство окружающей среды планирует отказаться от включения прожекторов в городах на ночь в течение 10 месяцев в году, а также существенно ограничить применение инсектицидов. 

Сергей Коленов

Ссылка на статью

Личинки стрекоз используют для охоты маску — орган, который эволюционировал из нижней губы. Он состоит из двух основных продолговатых сегментов и трех лопастей на конце: двух больших боковых и одной небольшой нижней, расположенной между ними. Для захвата жертвы, например, головастика, личинка резко открывает лопасти и распрямляет продолговатые сегменты, а затем закрывает лопасти обратно, захватывая в них добычу.

До недавнего времени механизм этого быстрого движения был не до конца ясен. Основной считалась гипотеза, что личинки используют для этого струю воды, выходящую из ректальной камеры из-за сокращения брюшных мышц. Обычно эта струя используется для защиты от хищников и быстрого ускорения. Ученые предполагали, что для атаки маской личинка может перенаправлять поток воды и тем самым ускорять распрямление этого органа. Однако эксперименты с измерением активности мышц и их рассечением показали, что во время атакующего движения личинки не задействуют эти мышцы. Кроме того, на иной механизм косвенно указывали блокирующие механизмы в маске, предназначение которых было неизвестно.

Исследователи из Кильского универститета под руководством Себастьяна Буссе (Sebastian Büsse) предложили новый механизм, объясняющий быстрое движение маски личинки, и воссоздали его в искусственном аналоге этого органа. Они предположили, что выдвигающий маску механизм по своему принципу работы напоминает катапульту. В каждом из сегментов есть как мышцы, способствующие движению, так и структуры из эластичного белка резилина. Эти эластичные элементы, находящиеся в деформированном состоянии, запасают энергию для мгновенного начала движения.

От срабатывания маску удерживает блокирующий механизм из трех компонентов. Для активации маски в ней есть дополнительная мышца, которая расцепляет части блокирующего механизма, после чего сегменты получают возможность свободно двигаться, а эластичные элементы из резилина начинают раскрывающее движение всей конструкции. 

Исследователи провели эксперименты с личинками стрекоз родов Sympetrum и Anax. Они помещали личинки на мелкий песок (под водой) для того, чтобы видеть направление потоков воды. Выяснились, Anax во время захвата маской выстреливают водой назад, вероятно, для компенсации отдачи от маски, а Sympetrum вовсе не задействуют водяную струю при распрямлении маски. Таким образом авторы показали, что предыдущая гипотеза о гидравлическом механизме работы маски, вероятно, ошибочна. Также они косвенно подтвердили свою гипотезу, обнаружив резилиновые структуры в сегментах маски при помощи красителя. Наконец, авторы использовали КТ-томографию для создания точной модели движения маски, а также создания механического аналога.

Искусственный аналог маски состоит из неподвижной основы и двух сегментов под ней. Таким образом, он имитирует именно основное выдвижное движение маски, а не полностью ее работу, в том числе схлопывание лопастей. Вместо мышц в робомаске используется три сервопривода и три пружины (по две в среднем сегменте и одна в верхнем). Между нижним и средним сегментами установлен блокирующий механизм с еще одним сервопривод. Перед началом движения сервомоторы натягивают пружины, а затем сервопривод блокировщика отводит две блокирующие пластины вбок и два нижних сегмента из-за натяжения пружин одновременно начинают двигаться. 

Авторы работы провели эксперименты, во время которых замеряли скорость движения сегментов. Расчеты показали, что для получения наблюдаемых скорости и ускорения сегментов необходима мощность в 48,6 ватт для первого сегмента и 29,7 ватт для второго, тогда как сервоприводы имеют пиковую мощность 3,8 и 1,9 ватт. Это подтверждает, что конструкция дает большое усиление мощности. Такие же расчеты они провели и для личинок. Они также показали, что простого движения мышц недостаточно для столь быстрого движения их масок. Кроме того, авторы показали, что робомаска позволяет за счет разного натяжения пружин в сегментах менять высоту и дальность, на которую выдигается конец маски. Эта особенность также наблюдалась и у личинок.

Исследователи отметили, что опровергли предыдущие гипотезы о природе быстрого движения маски личинки стрекозы и двумя методами доказали работоспособность нового механизма. Вместе с тем они считают, что для более полного изучения механизма необходимы дальнейшие исследования. В частности, они подозревают, что энергия для мгновенного начала движения может храниться не только в резилиновых структурах, но и в окружающей их кутикуле. Авторы считают, что созданный ими искусственный аналог маски личинок можно использовать в качестве основы для прыгающих роботов.

Григорий Копиев

Ссылка на статью