RW Space

Представьте жаркий день. Пчела подлетает выпить воды в близлежащем пруду, но нет! Ее крылья соприкоснулись с поверхностью воды; она застряла, и аэродинамика больше не работает. Это верная смерть?

По оценкам ученых, у пчелы есть всего несколько минут, прежде чем гравитация утопит ее. Но этого достаточно — учитывая уникальную стратегию биолокации, пчелы, похоже, эволюционировали.

В новой работе исследователи в Калифорнийском технологическом институте определили новую тактику выживания, которую медоносные пчелы (Apis mellifera) могут использовать для того, чтобы избежать именно такого рода затруднительного положения: толкать себя по воде, используя крылья, чтобы генерировать волну — поведение, которое никогда прежде не было задокументировано у насекомых.

«Движение крыльев пчелы создает волну, благодаря которой ее тело может двигаться вперед», — говорит инженер биомеханики Мортеза Гариб.

Генезис этого странного открытия заключался в случайном наблюдении инженера-исследователя Криса Роха, который однажды случайно увидел пчелу, застрявшую в воде в неподвижном пруду в кампусе Калтеха.

Рох наблюдал, как биение крыльев пчелы создает крошечные ряби на поверхности пруда. Было ли это намеренно, и если да, то как это работает?

Чтобы лучше понять физику, Рох быстро вытащил пчелу (теперь невольного добровольца-исследователя) из воды и отнес ее в лабораторию.

Исследователи изучали насекомое — и 32 другие пчелы — в экспериментах, где создаваемое ми их колебание воды могло быть изучено достаточно близко.

Записывая пчел, кружащихся в кастрюле, наполненной водой, и снимая это с помощью камер замедленного действия — исследователи обнаружили секрет стратегии выхода пчелы из пруда.

«Медоносные пчелы используют свои крылья как суда на подводных крыльях для движения по водной поверхности», — пишут исследователи в статье об этом явлении.

«Их локомоция придает гидродинамический импульс окружающей воде в виде асимметричных волн и более глубокого водоструйного потока, генерируя среднее усилие -20-µN».

(Это примерно 20 миллионов долей Ньютона с точки зрения силы, что на самом деле довольно энергоэффективный способ передвижения по воде.)

Другие насекомые, такие как подёнки и жуки водяной лилии, используют другой тип передвижения по воде, называемый поверхностным скиммингом. Пчелы не могут сделать то же самое, потому что, когда их крылья касаются воды, нижняя сторона крыла прилипает к ней, и они не могут хлопать по поверхности с достаточной силой, чтобы струсить воду.

К счастью, техника плаванья на подводных крыльях — пчелы поворачивают свои крылья при взмахах вверх и вниз (попеременно максимизируя, а затем, сводя к минимуму контакт с водой, когда они толкают, а затем поднимают свои крылья), достаточна, чтобы насекомое продвигалось вперед на трех длины тела в секунду.

Эксперименты показали, что пчелы не могут поддерживать движение на подводных крыльях бесконечно, примерно через 5 минут они демонстрируют признаки мышечной усталости.

Тем не менее, в достаточно маленьком пруду, этого достаточно, чтобы спастись.

Результаты представлены в PNAS.