Рентгенівська 3d-зйомка розкрила руху м`язів комах в польоті
Складний механізм м`язових скорочень літаючих комах служить джерелом натхнення для біоінженерів і робототехников. Щоб вивчити в подробицях всі таємниці руху комах під час польоту, команда з Оксфордського університету використовувала нову техніку тривимірного рентгенівського сканування.
Над технологією відеозйомки працювали вчені з Оксфорда, Імперського коледжу Лондона і Інституту Пауля Шеррер. Для цього був створений спеціальний джерело потужного рентгенівського випромінювання, яке дозволило заглянути всередину одного з найскладніших механізмів природи - скорочень м`язів м`ясної мухи.
М`язові скорочення мухи під час польоту один з найскладніших механізмів в природі (ілюстрація Oxford University).
За той час, поки людина моргне всього один раз, червоноголова синя падальніца зробить до 50 помахів крилами. Помахи при цьому контролюються численними крихітними керманичами м`язами, кожна з яких тонше за людську волосину. Самі крила комахи не містять м`язів, і все, що управляє польотом, приховано всередині тіла мухи.
"Грудні тканини, де заховані всі м`язи, блокують проходження видимого світла, але для рентгенівського випромінювання вони доступні. Ганяючи мух по колу на експериментальній установці з рентгенівським джерелом світла Swiss Light Source, ми записали високошвидкісну рентгенограму. М`язи комахи на наших кадрах можна розглянути з різних кутів на всіх етапах помаху крила. В кінці ми об`єднали всі зображення в тривимірні візуалізації, оскільки мухи рухали крилами дуже швидко, до 150 помахів в секунду", - Розповідає співавтор дослідження Раймунд Мокзо (Rajmund Mokso) з Інституту Пауля Шеррер.
Всі беруть участь в польоті м`язи, заховані в грудях комахи. Щоб розглянути їх, вченим знадобилася придумати складну рентгенівську технологію (ілюстрація Oxford University / YouTube).
Більш того, вченим вдалося зняти асиметричні руху м`язів, які здійснює муха при поворотах під час польоту. Про результати свого дослідження біологи написали статтю, яка була опублікована в журналі PLOS Biology.
"Ключове питання полягає в тому, як крихітні кермові м`язи мухи, які складають менше 3% від загальної маси м`язів, задіяних в польоті, впливають на більші м`язові структури, які контролюють весь процес польоту", - Говорить провідний автор дослідження Грем Тейлор (Graham Taylor) з Оксфорда.
Вчені виявили, що у мух-падальніц в процесі еволюції розвинувся механізм, схожий на диференціал автомобіля. Як розповідає Тейлор, в той час як енергія кожного крила з кожного боку залишається тією ж самою, муха ефективно гальмує однією стороною, переміщаючи надлишкову енергію в рульову м`яз, яка поглинає механічну енергію.
"Ми сподіваємося, що наше нове розуміння цієї розумної конструкції, яка виробляє великі, складні тривимірні рухи з використанням "приводів", Що генерують лише прості одномірні руху, надихне інженерів на створення мікробеспілотніков або будь-яких інших мікромеханічних пристроїв", - Робить висновок Тейлор в прес-релізі.
