 |
| Рецепторы на перепонке крыла ощущают аэродинамические условия. |
Летучие мыши используют
крохотные волоски, чтобы определять скорость и направление ветра, обтекающего
их крылья. Это может предупреждать их о возможной опасности потери устойчивости
и дает возможность выполнять в воздухе впечатляющие трюки пилотажа.
Летучие мыши – это
единственные млекопитающие, способные к активному полету, их крылья фактически
являются перепонкой, покрытой микроскопическими волосками. Когда-то ученые
полагали, что летучие мыши используют их для ощущения окружающей обстановки во
время полета в темноте, но изучение функции волосков было отложено еще 70 лет
назад после открытия способности эхолокационной ориентации летучих мышей.
Сюзанна Стербинг-д'Анжело, нейробиолог из Университета Мэриленд, и ее коллеги
взялись за изучение волосков и обнаружили, что они играют решающую роль для
контролирования полета летучей мыши.
Чтобы выяснить, какую
информацию получают животные от волосков на крыльях, исследователи
имплантировали электроды в мозг летучих мышей и закрепили головы и крылья на
виброизоляционном столе. Затем они направили потоки ветра на волоски и
наблюдали за полученной мозговой деятельностью.
Воздух активировал
нейроны в первичной соматосенсорной коре – части мозга, стимулирующейся
чувством осязания. Порывы ветра были недостаточно сильны для активации
тактильных рецепторов в перепонке крыла, потому ученые решили, что другие
рецепторы, под названием "клетки Меркеля", стимулируются движением
волосков. Когда исследователи удалили волоски на крыльях с помощью крема-депилятория,
нейроны прекратили отвечать на порывы ветра.
Нейроны реагировали
наиболее активно, когда потоки воздуха были направлены на заднюю часть крыла.
Порывы ветра сзади могут быть признаком турбулентных условий, а потому
исследователи предположили, что информация от волосков может сигнализировать
летучей мыши о необходимости стабилизации полета.
Контроль
полета
Исследователи
продемонстрировали, что волоски также важны во время нормального полета летучей
мыши. Они построили искусственный «лес» из сетей и стволов деревьев и обучали
животных искать банан или личинку мучного червя в качестве награды. По словам
Стербинг-д'Анжело, обучение летучей мыши пролетать через преграды занимает
месяцы. Когда животные приспособились к заданию, исследователи сняли их во
время полета через лабиринт. После этого они удалили волоски на крыльях летучих
мышей и снова сняли их. Без волосков летучие мыши ускоряли полет, и их повороты
были шире и осторожнее.
Авторы предположили,
что безволосые мыши изменяют способ полета, потому что считают, что есть риск
потери устойчивости. В аэродинамике сваливание случается, когда самолет летит
слишком медленно, что вызывает уменьшение подъемных сил. У летучих мышей
волосяные рецепторы, чувствительные к обратному потоку воздуха, должны ощущать
кружащиеся вихри на более высокой скорости. Отсутствие сигнала от этих
рецепторов может вызвать у летучей мыши ощущение, что она летит слишком
медленно, и соответственно вызвать у нее желание ускориться.
Таким образом, эволюция
волосков может быть ключом к разгадке поразительных умений летучей мыши к
воздушной акробатике, включая крутые повороты, зависания и приземления вверх
тормашками. По мнению Стербинг-д'Анжело, волоски с рецепторами Меркеля могли
развиться только у летучих мышей. Группа ученых под ее руководством исследовали
летающих с высокой скоростью больших бурых кожанов (Eptesicus fuscus), а
также более медленных и зависающих в воздухе короткохвостых крыланов (Carollia perspicillata). Оба вида демонстрировали одинаковый тип изменения
полета, когда их волоски на крыльях были удалены.
Кроме всего прочего,
уже появляются идеи, как люди могут имитировать тактику летучих мышей для
предотвращения воздушных катастроф. Как считает Джеффри Спеддинг, зоолог,
изучающий аэродинамику в Университете Южной Каролины в Лос-Анджелесе, потеря
устойчивости в воздухе является самой большой проблемой для воздушных суден. Он
говорит, что трубки Пито, используемые в настоящее время для определения
сваливания самолета, работают не очень хорошо, а потому любое улучшение,
которое можно получить от летучих мышей, будет очень полезным. При этом,
конечно, свойства машущих крыльями животных не всегда можно применить для
самолетов с зафиксированными крыльями.
Инженеры-механики из
различных исследовательских лабораторий надеются использовать эти исследования
для обеспечения лучшей маневренности автономных летающих объектов, или дронов.
Они используются и армией, и в гражданских целях. Так, эти аппараты смогут
залетать в здания в поисках людей, оказавшихся в ловушке после землетрясений,
или же в лесонасаждения для подсчета популяций птиц.
Предполагается, что
можно будет делать искусственные варианты волосков на крыльях летучих мышей с
использованием гибких полимеров с керамической основой, которые отвечают на усилия,
имитируя действие рецепторов Меркеля. Самолеты с волосатыми крыльями? Может, не
такая уж и сумасшедшая идея.