Ученые объяснили, как насекомые дышат под водой

Сотни разновидностей насекомых проводят большую часть времени под водой, где добыча более многочисленна и разнообразна. Ученые из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) теперь точно знают, как эти насекомые дышат под водой.

Погружаясь под воду, насекомое захватывает с собой тонкий слой воздуха на своем теле, пользуясь водоотталкивающим хитиновым панцирем. Этот воздушный пузырь является не просто источником кислорода для насекомого, он также позволяет поглощать кислород прямо из окружающей воды.

"Некоторые насекомые приспособились к жизни под водой, используя этот пузырь как внешнее легкое",- сказал Джон Буш (John Bush) - адъюнкт-профессор прикладной математики, соавтор недавнего исследования.

Согласно исследованию, благодаря воздушным пузырям насекомые могут не только оставаться под водой неопределенно долго, но и нырять на глубину до 30 метров. Некоторые разновидности насекомых, такие, например, как водные жуки Neoplea striola, проводят под водой всю зиму.

Это явление впервые наблюдалось много лет назад, но исследователи Массачусетского технологического института являются первыми, кто смог вычислить максимальные глубины погружения и описать, как пузыри остаются неповрежденными при погружении на такие глубины, где давление может их разорвать.

Стабильность воздушного пузыря обусловлена отталкивающими воду волосками на брюшке насекомого. Волоски, наряду с восковым покрытием панциря, препятствуют затоплению водой крошечных вентиляционных отверстий на брюшке.

Расстояние между волосками критически важно: чем ближе волоски друг к другу, тем выше механическая стабильность и тем большее давление может выдержать пузырь перед разрушением. Однако, за механическую стабильность пузыря надо платить. Если волоски слишком близко друг к другу, уменьшается площадь поверхности необходимой для дыхания.

Исследователи разработали математическую модель, которая принимает во внимание эти факторы и позволяет им предсказывать диапазон возможных глубин погружения. Они выяснили, что существует не только максимальная глубина, после которой пузырь разрушается, но и минимальная глубина, выше которой пузырь не может обеспечить дыхательные потребности насекомого.

Исследователи обнаружили, что насекомые могут нырять на глубину до 30 метров. Однако они редко рискуют погружаться глубже, чем несколько метров из-за экологических факторов, таких как количество солнечного света, наличие добычи и присутствие хищников.

Исследование натолкнуло других ученых на мысль разработать подобную систему внешнего легкого в большом масштабе для возможного использования людьми. Правда, площадь поверхности, необходимой чтобы поддерживать дыхание одного человека, составила бы около 100 квадратных метров, что крайне непрактично. Однако существуют и другие области технологического применения. Например, такое устройство могло бы поставлять кислород, необходимый топливными элементами, чтобы привести в действие маленькие автономные подводные транспортные средства. Самые популярные новостные информеры расскажут главную новость дня.

Оригинал (на англ. языке): Sciencedaily

• Одинокий дельфин развил уникальный язык
• Крылья птиц и летучих мышей: разные пути эволюции
• Обнаружен неожиданно крупный вид древнего млекопитающего в Патагонии
• Путешествия мамонтов связаны с самыми ранними охотничьими лагерями Аляски
• Серые рифовые акулы меняют наши представления о том, как они дышат
• У Галапагосских островов обнаружили корраловый риф
• Обнаружено фильтрующее питание, подобное китовому, у доисторического морского рептилии
• Мини-кенгуру возвращаются в Южную Австралию после исчезновения на 100 лет