Водомеры всю свою жизнь проводят на поверхности воды, а секреты их умения «кататься» по водной глади были раскрыты более десяти лет назад. Только недавно ученые начали изучать биомеханику почти вертикальных прыжков, которые водомерки совершают на поверхности воды, чтобы спастись от подводных хищников, таких как рыбы или спиноплаватели (Koh and Yang et al. Science 2015). Но всегда ли им это удается? Азиатская пословица гласит, что даже обезьяны падают с деревьев! Знали бы водомерки, когда они не собираются так хорошо прыгать? В свежем выпуске журнала Nature Communications группа биологов и инженеров из Кореи и Польши показывает, что водомерки, кажется, знают, когда они разбивают поверхность воды, и регулируют движения ног так, чтобы этого не происходило.
Используя замедленные видеозаписи прыгающих насекомых (прикреплены здесь, а также доступны на YouTube), Дже Хак Сон, Санг-им Ли и Петр Яблонски подробно описали движения ног при почти вертикальных прыжках водомерок. На основе этих данных Ынджин Ян и Хо-Ён Ким построили математическую модель, объясняющую механику прыжков. Используя эту модель, исследователи предсказали максимальное увеличение скорости прыжка у нескольких видов водомерок с различными размерами тела и морфологией ног и подтвердили предсказания фактическими данными.
Исследование показывает, что прыгающие водомерки вели себя так, как будто они «знали», когда поверхность воды может быть нарушена. В норме средние и задние ноги водомерок обеспечивают основную опору, не нарушая поверхностный слой воды. Под каждой ногой видны небольшие ямочки, потому что поверхность воды давит на вес тела. Когда водомерки прыгают вверх, они толкают поверхность воды вниз, и ямки быстро становятся все глубже и глубже. Пока ямочки не сломаны, ноги опираются на поверхность воды и толкают тело вверх, делая возможным быстрый прыжок. Но, если ноги двигаются слишком быстро и слишком глубоко, то ямочка ломается и, следовательно, теряется опора на поверхность воды. Это делает прыжки медленнее, а побег от хищников менее эффективным. Используя математическую модель, исследователи рассчитали для диапазона размеров тела насекомых и морфологии ног критическую скорость ноги, при превышении которой ямка, по прогнозам, сломается. Фактические движения ног этих видов с различной массой тела и морфологией были ТОЛЬКО ниже этого критического порога. Следовательно, насекомые двигают ногами быстро, но не слишком быстро, чтобы максимизировать скорость прыжка.
Теперь еще не известно, основана ли эта точная корректировка движений ног на индивидуальном обучении или на врожденных или «запрограммированных» способностях.