Люди, которые восхищаются красотой мушиных ножек, могут показаться извращенцами. Но с другой стороны, ножки мух и вправду изумляют гармонией сложных приспособлений. На кончике лапки обычной дрозофилы (на фото) расположены крючкообразные коготки, веточки пульвилл (мягких подушечек) и в центре букетик ворсинок эмподия — щетинообразного непарного отростка, расположенного между коготками. Весь этот изящный инструментарий, сообразно размещенный на самом кончике ножки, нужен мухе, чтобы ползать по любым поверхностям. И в этом мухе нет равных! Крючочки позволяют цепляться за мельчайшие неровности. Они могут видоизменяться, подстраиваясь под размер и вес мухи. Тонкие выросты с плоскими присосками-окончаниями, образующие оторочку вокруг ножки, прикрепляются к гладким поверхностям. Эмподий тоже, вероятно, помогает мухе закрепиться на поверхности, секретируя клейкое вещество. Так что муха прекрасно удерживается на любой поверхности и в любом положении, хоть на стене, хоть на потолке.
Каждая из этих структур достойна особого внимания. Так, пульвиллы интересуют и морфологов, и эволюционистов, и биомехаников. Пульвиллы представляют собой симметричные органы последнего членика ножки. А веточки — это тонкие бесклеточные выросты кутикулы, да еще оснащенные специальными уплощениями на кончиках. С их помощью муха приклеивается к поверхности. Если внимательно рассмотреть поверхность, по которой бегала муха, то можно увидеть характерные мушиные следы, состоящие из серий упорядоченных пятнышек, отражающих расположение выростов пульвилл. Мутанты с дефектной формой этих выростов не оставляют следов, так как они бегают только на коготках. И по вертикальной стене такие мухи взобраться не могут.
Так выглядят следы мух: слева бежала нормальная муха, а справа — мутантная с дефектными выростами пульвилл: вместо следов на правой картинке видны две черточки, оставленные коготками. Фото из статьи M. Hüsken et al., 2015. Adhesive pad differentiation in Drosophila melanogaster depends on the Polycomb group gene Su(z)2
Эволюционистов мушиные ножки тоже удивляют. Мало того что это превосходно подлаженные друг к другу микроприспособления, сформированные в ходе эволюции и специализированные у разных групп насекомых, — так еще элементы, подобные пульвиллам, имеют совершенно разные животные. Ниже показаны волосковидные выросты на кончиках лапок у жуков, мух, пауков и гекконов. Все они сходны по строению и выполняют сходную функцию — удерживают своих счастливых обладателей на гладких вертикальных поверхностях или даже вниз головой.Казалось бы, что за ерунда — изучать мушиные следы. За это, пожалуй, можно и Шнобелевскую премию получить. Но на самом деле над феноменом мушиных следов стоит задуматься. Ведь они оставлены клейкой субстанцией. Это значит, что муха приклеивается к поверхности надежно, сразу во многих точках. Но чтобы быстро бежать, ей нужно так же легко и отклеиваться. Иначе мухе придется много времени тратить на отклеивание каждой ноги. Тут эффективность приклеивания (читай — адгезивные свойства субстанции) вступает в противоречие с необходимостью быстро бегать. Химики и биомеханики были бы рады понять, как муха справляется с этой задачей. Ее решение сулит разработку новых веществ и материалов для скрепления поверхностей друг с другом, а то еще и приспособлений для беганья по потолку. В действительности, такие фибриллярные адгезивные материалы уже созданы, и сейчас идет их совершенствование — естественно, с оглядкой на свойства мушиных пульвилл.
Функционально и морфологически сходные структуры — тонкие выросты с уплощенными окончаниями — сформировались у совершенно неродственных групп. На фото показаны кончики лапки: (a) — щавелевого листоеда (Gastrophysa viridula), (b) — красноголовой мухи (Calliphora vicina), (c) — паука Cupiennius salei, (d) — геккона токи (Gekko gecko). Рисунок из статьи L. Xue et al., 2013. Biological and bioinspired micro- and nanostructured adhesives
На фото — кончик лапки мухи в сканирующем электронном микроскопе. Фото © Елены Наймарк.Какие гены отвечают за столь явное конвергентное сходство? Любители мушиных ножек могут попробовать ответить на этот волнующий вопрос.
Елена Наймарк
Свежие комментарии