Każdy, kto urządzał wieczorne polowanie na brzęczącego nad uchem komara, zdaje sobie sprawę z tego, że owady świetnie manewrują w trakcie lotu. Jeszcze do niedawna wydawało się, że te zwierzęta, aby sprawnie omijać przeszkody i błyskawicznie zmieniać trajektorię lotu, używają wyłącznie oczu. Wiadomo już jednak, że przetwarzanie informacji wzrokowych jest zbyt powolne, żeby można było wyłącznie na tej podstawie korygować trajektorię lotu np. podczas gwałtownego przyspieszania. Poza tym wiele grup owadów świetnie radzi sobie w locie nawet przy słabym oświetleniu.

Pierwszą analizę ewolucyjnego rozwoju na owadzich skrzydłach czujników związanych z lotem, przygotował międzynarodowy zespół kierowany przez dr. inż. Jakuba Goczała z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Wyniki opublikowano w "Scientific Reports". Badacze wzięli pod uwagę mechanoczułość, czyli zdolność do przekształcenia informacji mechanicznych na określone sygnały nerwowe.

Jako grupę modelową wykorzystali chrząszcze, a konkretnie - korniki. W swojej publikacji naukowcy piszą, że o mechanoreceptorach chrząszczy wiadomo bardzo niewiele, chociaż "chrząszcze stanowią około jednej piątej wszystkich gatunków zwierząt na naszej planecie i wykazują spektakularne modyfikacje aparatu lotu". Chodzi o to, że u chrząszczy doszło do przekształcenia przednich skrzydeł w utwardzone pokrywy, a także rozwój wyrafinowanego mechanizmu składania tylnego skrzydła.

Dlatego zespół wykorzystał nowoczesny mikroskop optyczny 3D oraz skaningową mikroskopię elektronową do opisania u chrząszczy receptorów na skrzydłach. Badacze przeanalizowali, jak u 28 gatunków z grupy korników zmieniała się ilość struktur sensorycznych na skrzydłach w zależności m.in. od wielkości ciała czy stopnia inwestycji w rozwój skrzydeł.

Zidentyfikowano dwa typu funkcjonalne takich czujników. Receptory grzybkowate (campaniform sensilla) monitorują naprężenia błony skrzydła i pozwalają korygować ułożenie skrzydeł. Natomiast włoski czuciowe - receptory włosowate (trichoid sensilla) rozpoznają kierunek i przepływ powietrza oraz pozwalają reagować na podmuchy powietrza. O ile receptory włosowate występowały na skrzydłach w umiarkowanej ilości, zwykle od kilku do kilkudziesięciu sztuk, to receptory grzybkowate okazały się bardzo liczne. U gatunków posiadających największe skrzydła były ich dosłownie setki.

Niektóre receptory były ułożone w sposób uporządkowany, tworząc swoiste pola receptorowe, lub występując w równomiernych odstępach wzdłuż krawędzi natarcia skrzydła czy głównych żyłek. Inne wydawały się być rozłożone losowo.

Okazuje się, że liczba tych czujników rośnie proporcjonalnie do wielkości skrzydła, a historia ewolucyjna ma tu raczej znaczenie drugorzędne. U gatunków posiadających duże skrzydła, niezależnie rozwinęło się więcej mechanoreceptorów.

"Wykorzystanie relatywnie prostych czujników reagujących na bodźce mechaniczne do koordynacji podczas lotu ma szereg plusów. Mechanoreceptory na skrzydłach działają niemal błyskawicznie, natomiast przetwarzanie wizualne obrazów to złożony i bardziej czasochłonny proces" - komentuje dla PAP dr Jakub Goczał.

Dodaje, że sensille działają tak samo w każdych warunkach oświetlenia, są więc odporne na zakłócenia zewnętrzne. System czujników mechanicznych dostarcza ponadto bardzo precyzyjnej informacji z konkretnych regionów aparatu lotnego, informując o siłach działających na powierzchnię skrzydeł, lokalnych deformacjach skrzydeł podczas lotu oraz kierunku i prędkości przepływu powietrza. Te dane są kluczowe do utrzymania stabilności i precyzyjnego manewrowania w locie. Wzrok dostarcza natomiast bardziej ogólnych informacji o otoczeniu, ale nie jest w stanie tak dokładnie informować o bieżących interakcjach skrzydeł z powietrzem.

Zdaniem dr. Goczała wiedza o mechanoreceptorach owadów może być potencjalnie wykorzystanie m.in. w aeronautyce. "Rozwijająca się w ostatnich latach koncepcja autonomicznych dronów konstruowanych w myśl strategii +fly-by-feel+ (dosłownie: lot przez czucie) odwołuje się właśnie do wykorzystania prostych czujników mechanicznych, analogicznych do tych występujących u owadów latających" - opisuje dr Goczał. Jego zdaniem lepsza wiedza o tym, jak z lataniem radzą sobie różne grupy owadów, może podsunąć inżynierom nowe pomysły, jak budować statki latające.

Badania zrealizowano w ramach projektu przyznanego przez NCN.

Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ zan/ ktl/