Под мухой

Окончание мушиной лапки при увеличении в 275 раз. Между двумя большими «клыками» видны подушечка с мелкими щетинками, выделяющими клейкую жидкость, и коготки.
Фото: Trevor A. Minning, Источник: filebox.vt.edu

Непрошеная квартирантка-муха издавна живет с человеком. Но, как выясняется, банальная дрозофила не так-то проста! Она, например, проводит простейший химический анализ пищи, использует при полете «эффект гироскопа»... И еще она умеет быстро и элегантно передвигаться по гладким вертикальным поверхностям (стеклу, к примеру) и даже по потолку. Эта неординарная способность цокотухи издавна интересовала не только обывателей, но и ученых. Совсем недавно группе немецких ученых из Штутгартского института металловедения удалось разобраться с этим.

С использованием самой современной техники немецкие исследователи показали, что лапка мухи оканчивается двумя подушечками-лопастями, покрытыми тонкими щетинками. Мало того, щетинки эти выделяют жидкость, состоящую из липкой смеси сахаров и жиров. Силой капиллярного притяжения эта жидкость удерживает муху на гладкой поверхности. Как это ни удивительно, но гораздо труднее оказалось ответить на другой вопрос: каким образом муха отрывает лапку от поверхности?

Оказалось, что муха использует аж четыре способа отрыва лапок от поверхности. Впрочем, принцип действия во всех четырех – один: мушиная лапка отслаивается от поверхности твердого тела под углом менее 90 градусов, а не отрывается перпендикулярно поверхности. Сопротивление отслаиванию в разы меньше, так как при этом подушечки отстают от поверхности небольшими участками – ряд за рядом, а не одновременно по всей площади. Кто имел дело с липкими лентами, это хорошо может представить (отслоить ее легко, а оторвать перпендикулярно поверхности почти невозможно).

Нисколько не пытаясь умалить заслуг немецких ученых, а только ради исторической справедливости надо заметить, что к подобным же выводам я с моим соавтором Дмитрием Крестовым пришел гораздо раньше – в 1985 году. Однако наше сообщение было опубликовано в малотиражном издании и, естественно, не могло быть замечено, тем более за рубежом. На лапках мухи нами также был обнаружен клейкий секрет. Когда муха «сидит» на вертикальной поверхности, то при нарушении контакта лапки (подушечки) работают на сдвиг или отрыв. При перемещении по поверхности они работают на отслаивание, как сказали бы ныне – происходит изменение геометрического фактора.

Интересно, что деформация отчетливо видна в процессе отслаивания мушиной лапки от поверхности. Угол отслаивания составляет 30–60 градусов – при таких углах сопротивление отслаиванию облегчается.

Анализируя проблему, можно отметить, что липкая прослойка должна иметь малую толщину. Если муха чувствует опасность, она быстро слетает с поверхности. То есть лапки тоже надо быстро отслоить от поверхности, желательно одновременно, иначе процесс затягивается по времени. В то же время известно, что прочность прилипания возрастает с увеличением скорости отслаивания. Так что по всем теоретическим представлениям очевидно, что муха при взлете с поверхности затрачивает немало энергии.

Но всем нам из повседневного опыта известно, как легко это насекомое передвигается по вертикальной поверхности стекла, иногда преодолевая расстояние 3–5 см за секунду. Если принять длину подушечки мушиной лапки за 100 микрометров, а шаг лапки за 0,5 см (это с запасом), то для преодоления указанного расстояния необходимо каждую лапку отрывать от поверхности несколько раз (на вертикальной поверхности контактируют три из шести ножек мухи). Простейшие подсчеты показывают, что на отслаивание одной лапки требуется время около 0,02 секунды с учетом времени, затраченного на деформацию щетинок.

Казалось бы, что при таких временах мухе выгоднее иметь меньшие размеры подушечек. Но человек также передвигается подобным образом, ступая на землю всей площадью ноги и «отслаивая» стопу при движении. Мы хорошо знаем, что передвигаться на цыпочках или пуантах гораздо труднее, хотя площадь соприкосновения с поверхностью меньше (сбивается программа, заданная природой). Казалось бы, что 0,02 секунды – это нереально. Однако, если принять время преодоления спортсменом стометровки за 10 с, длину стопы за 20 см, то можно показать, что время «отслоения» одной ноги составит 0,022 с, что близко к «спринтерским» показателям мухи.

Но у человека нога не смазана клеем. Так что некоторые вопросы относительно механизма перемещения мухи по вертикальным поверхностям и потолку все же остаются. Видимо, распутывая эту загадку, в дальнейшем не обойтись без учета гидродинамических факторов и процессов электризации. А может быть, муха подкинет нам еще какие-нибудь сюрпризы.