Букашки стреляются из луков
Рекордсменам живой природы по прыжкам – крохотным слюнявицам – в качестве шеста служит пара специальных «луков» с тетивой из белка резилина. Вместо стрелы вверх улетает сам лук, встроенный в насекомое. Какими бы мощными ни были наши мышцы, физические способности человека и всех других животных серьезно ограничены. Конечно, есть отдельные волокна, способные к сильным, но медленным или к быстрым, но слабым сокращениям, и даже такое разделение труда никогда не позволит пробежать стометровку за пять секунд или прыгнуть на десять метров в высоту. Если такие достижения мерить относительными (в сравнении с ростом, скажем) величинами, то и то, и другое доступно насекомым, которые хотя и не знакомы с приспособлениями вроде лука или катапульты, но за миллионы лет научились использовать те же принципы для запасания энергии.
Так поступают и пенницы, способные благодаря своеобразному композитному луку, состоящему из деталей её скелета, прыгать на высоту до 70 сантиметров. Это в сто с лишним раз больше её собственного роста. Насекомые семейства пенниц «лично» большинству из нас не знакомы, но наверняка каждый видел на отдельных травинках взбиваемую их личинками пену. Наверное, если выбирать единственную черту членистоногих, позволившую этому типу распространиться, достичь вершины прогресса, то это будет именно экзоскелет. Жесткий панцирь ограничивает размеры и весит несколько больше, чем кости. Зато он же обеспечивает защиту и дает уникальные возможности для развития новых приспособлений, будь то крылья или органы тактильной чувствительности.
Он же позволяет запасать кинетическую энергию, как в натянутой тетиве. Например, «взведенные» челюсти креветки схлопываются всего лишь за 5 миллисекунд – цифра недостижимая при непосредственном использовании мышечной силы. А сгибающий кутикулу муравей укладывается в одну тысячную секунды. Вместо жил в роли тетивы зачастую выступает белок резилин, входящий в состав панцирей и способный накапливать упругую деформацию. Его находили у пчел, стрекоз и мух, блохи, как предполагается, способны на свои полуметровые подвиги именно благодаря ему, а цикадам он помогает генерировать высокочастотные звуки. Эластические свойства этого белка поражают: нити, выделенные у стрекоз, можно в течение месяца держать растянутыми в два раза, и после этого они самостоятельно вернутся в прежнее состояние. Его же Малкольм Берроуз, Стивен Шоу и Грегори Саттон решили поискать у ольховых пенниц и слюнявиц из того же семейства. Статья британских и канадских учёных опубликована в BMC Biology.
Поиски белка не заняли много времени: хотя нити резилина и бесцветны, они отлично флуоресцируют, что совсем не характерно для остальных белков панциря слюнявицы. Вот только сначала обнаружившие его ученые были удивлены малым количеством упомянутого белка, которого было бы просто недостаточно для 70-сантиметровых прыжков. Вместо 160 микроджоулей, необходимых для совершения рекордных прыжков, столько белка даёт не больше 5 мкДж. Присмотревшись, они увидели, что он сосредоточен в жестких плевральных арках, образуя с жесткой кутикулой настоящий «композитный лук». Этого уже достаточно. Пока пенница сидит на травинке, подходящие к кутикуле изнутри мышцы медленно, но сильно сокращаются, даже повышая свою производительность с помощью своеобразного рычага. И как только вы потревожите животное, мышцы расслабляются, и пенница взмывает вверх за миллисекунды. Правда, завидовать их способностям не стоит: при катапультировании ускорение достигает 400g, а человеческое тело таких перегрузок не выдерживает.
