Οι επιστήμονες αποκάλυψαν το μυστικό των πτυσσόμενων φτερών της πασχαλίτσας

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο κατάφεραν να αποκαλύψουν το μυστικό των αναδιπλούμενων πίσω φτερών των πασχαλίτσες, αφού ανακάλυψαν ότι όχι μόνο η ήδη καλά μελετημένη «υδραυλική κίνηση» με πλέγμα αγγείων, αλλά και η ελύτρα με την κοιλιά, είναι άμεσα εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία.

Η εργασία των ερευνητών δημοσιεύεται στο Proceedings of the National Academy of Sciences και συνοψίζεται στο Phys.org.

Οι πασχαλίτσες είναι σε θέση, όταν περπατούν στα πόδια τους, να διπλώνουν τα φτερά τους συμπαγώς κάτω από άκαμπτο ελύτρα για να τα προστατεύουν από ζημιές. Εάν είναι απαραίτητο να απογειωθεί, τα πίσω πτερύγια με πλέγμα ξεδιπλώνονται κατά μέσο όρο σε 0,1 δευτερόλεπτα. Αυτός ο μηχανισμός είναι καλά κατανοητός, γιατί οι πασχαλίτσες ανεβάζουν την ελύτρα πριν ανοίξουν τα φτερά τους.

Τα μεμβρανώδη πίσω φτερά των σκαθαριών κάτω από το elytra είναι διπλωμένα σαν origami και διαπερνώνται από ένα δίκτυο αγγείων που γεμίζουν με υγρό. Πριν από την απογείωση, η πασχαλίτσα ανυψώνει το elytra και καταπονεί τους μύες του τρίτου θωρακικού τμήματος, αυξάνοντας την πίεση του υγρού στα αγγεία των πτερυγίων που πετούν. Ως αποτέλεσμα, η ελαστικότητα των αγγείων αυξάνεται και η πτέρυγα διαστέλλεται.

Οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να δουν λεπτομερώς τη διαδικασία αναδίπλωσης του φτερού. Το γεγονός είναι ότι μετά την προσγείωση, η πασχαλίτσα διπλώνει το elytra και μόνο μετά από αυτό αρχίζει να ανασύρει τα πίσω φτερά, βοηθώντας ενεργά τον εαυτό της με την κοιλιά. Κατά μέσο όρο, τα σκαθάρια χρειάζονται περίπου δύο δευτερόλεπτα για να διπλώσουν τα φτερά τους που πετούν.

Για να μελετήσουν την αναδίπλωση των φτερών, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια πασχαλίτσα με επτά κηλίδες (Coccinella septempunctata). Αφαίρεσε ένα τμήμα της δεξιάς άκαμπτης ελύτρας της. Η διαγραμμένη περιοχή χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια ως εργαλείο για τη δημιουργία ενός αντιγράφου διαυγούς ακρυλικής ρητίνης που σκληρύνεται με υπεριώδη ακτινοβολία. Ένα ακρυλικό αντίγραφο της elytra επικολλήθηκε στη συνέχεια στο υπόλοιπο της πασχαλίτσας elytra.

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια ταχεία έρευνα του σκαθαριού και μελέτησαν επίσης ένα απομακρυσμένο τμήμα του elytra κάτω από ένα μικροσκόπιο. Αποδείχθηκε ότι η εσωτερική πλευρά του elytron έχει ένα ανάγλυφο που αντιστοιχεί στο σχέδιο των αγγείων του ιπτάμενου φτερού. Επιπλέον, στην εσωτερική πλευρά του elytron υπάρχει ένα είδος "Velcro" - περιοχές καλυμμένες με τις μικρότερες τρίχες που συγκρατούν το διπλωμένο φτερό.

Παρόμοια "Velcro" βρίσκονται στην πάνω πλευρά της κοιλιάς. Αποδείχθηκε ότι μετά την προσγείωση, η πασχαλίτσα διπλώνει το elytra και στη συνέχεια αρχίζει να σφίγγει και να ισιώνει την κοιλιά. Αυτή τη στιγμή, η πίεση στα αγγεία μειώνεται. Στο πρώτο σφίξιμο της κοιλιάς, τα αγγεία προσαρμόζονται στις αντίστοιχες εσοχές στην εσωτερική πλευρά του ελύτρου.

Μετά τη χαλάρωση της κοιλιάς, γλιστράει κατά μήκος της κάτω πλευράς των πίσω φτερών. Τότε η πασχαλίτσα τεντώνει πάλι την κοιλιά, η οποία σφίγγοντας μαζεύει τα φτερά και τα χώνει κάτω από την ελύτρα. Σε αυτή την περίπτωση, οι διαφανείς μεμβράνες μεταξύ των αγγείων λειτουργούν ως οδηγοί κατά την αναδίπλωση του πτερυγίου.

Όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, σε αντίθεση με το ίδιο το origami, τα φτερά μιας πασχαλίτσας δεν διπλώνουν σε έντονες γωνίες, αλλά μάλλον κατσαρώνουν. Λόγω αυτού, είναι πιθανό να διατηρηθεί η μηχανική τους αντοχή. Επιπλέον, η συστροφή καθιστά δυνατή την αποφυγή συστροφής των αγγείων και την επικάλυψη τους λόγω παραμόρφωσης.

Έτσι, συστέλλοντας και χαλαρώνοντας την κοιλιά, η πασχαλίτσα επιτυγχάνει πλήρη αναδίπλωση των πίσω φτερών κάτω από την ελύτρα. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα διπλωμένα ελαστικά φτερά αρχίζουν να λειτουργούν ως ένα είδος συμπιεσμένων ελατηρίων. Όταν τα ελύτρα ανασηκώνονται, το εσωτερικό τους μέρος παύει να προσκολλάται στα πίσω φτερά και σαν ελατήριο αρχίζουν να ισιώνουν. Στη συνέχεια, η διαδικασία εξάπλωσης παραλαμβάνεται από "υδραυλικά".

Ιάπωνες επιστήμονες πιστεύουν ότι μελετώντας τους μηχανισμούς ξεδίπλωσης και αναδίπλωσης των φτερών των πασχαλινών και ορισμένων άλλων σκαθαριών θα βρουν τις καλύτερες τεχνικές λύσεις για τη δημιουργία μηχανισμών αναδίπλωσης για διάφορους εξοπλισμούς, από ηλιακούς συλλέκτες και δορυφορικές κεραίες μέχρι τα φτερά των αεροσκαφών καταστρώματος.

Επί του παρόντος, δεν υπάρχουν μηχανισμοί για το δίπλωμα και το ξεδίπλωμα του φτερού, παρόμοιοι με εκείνους στα σκαθάρια. Οι μηχανισμοί που χρησιμοποιούνται στα αεροσκάφη καταστρώματος είναι ένα σύνολο υδραυλικών μηχανισμών κίνησης και κλειδαριών. Το φτερό ενός αεροσκάφους που βασίζεται σε αεροσκάφος σε κάποια απόσταση από τη ρίζα του έχει μια πτυχή άρθρωσης.

Ειδικές αντλίες, που αυξάνουν την πίεση στο υδραυλικό σύστημα, αναγκάζουν την κίνηση του μηχανισμού να ξεδιπλώσει ή να διπλώσει το φτερό. Σε ακραίες θέσεις, το φτερό είναι σταθερό. Ένα πτυσσόμενο φτερό χρησιμοποιείται σε αεροσκάφη με κατάστρωμα για εξοικονόμηση χώρου, ώστε να μπορούν να τοποθετηθούν πιο συμπαγή σε υπόστεγα ή χώρο στάθμευσης στο κατάστρωμα.

Στις αρχές Φεβρουαρίου του τρέχοντος έτους, ερευνητές από τη NASA και το Πανεπιστήμιο Brigham Young παρουσίασαν ένα σχέδιο αναδιπλούμενου καλοριφέρ για την ψύξη μικρών τεχνητών δορυφόρων της γης. Αυτό το ψυγείο διπλώνει και ξεδιπλώνει σαν origami. Η συσκευή θα ελέγχει το επίπεδο μεταφοράς θερμότητας ρυθμίζοντας το βάθος των πτυχών: όσο υψηλότερο είναι, τόσο περισσότερη θερμότητα θα απορροφήσει η συσκευή.