Как насекомые дышат под водой?

Математики из Массачусетского технологического института (MIT) просчитали, с помощью каких механизмов сотням видам насекомых и пауков, проживающим на достаточно большой глубине, удаётся дышать под водой.
Во время погружения в толщу жидкости на водостойком панцире этих животных задерживается воздух, окутывающий тельце насекомого пузырём.
Этот пузырь позволяет животному не только сохранить вокруг себя запас жизненно необходимого воздуха, но и пополнять его, абсорбируя всё новые и новые количества из окружающей воды.
При этом чем ближе расположены волоски, тем большее внешнее давление способен выдержать этот воздушный мешок. Правда, очень уж густая "растительность" тоже не слишком хороша — в таком случае площадь "дыхательной" поверхности сильно снижается.
"Некоторые насекомые приспособились к жизни под водой, используя этот воздушный мешок как своего рода внешние лёгкие", — рассказывает в пресс-релизе университета один из авторов работы доцент Джон Буш (John Bush).
Благодаря задерживающемуся в волосках на брюшке воздуху насекомое может погружаться на глубину до 30 метров и проводить под водой, к примеру, всю зиму.
Буш и его коллега Моррис Флинн (Morris Flynn), который сейчас является доцентом университета Альберты (University of Alberta), в своё время пытались раскрыть секреты водомерок. Чуть позже они заинтересовались другими насекомыми и решили вычислить, какова максимальная глубина подобного погружения и как пузыри остаются устойчивыми на большой глубине, где давление значительно больше.
Паук-доломедес использует слой воздуха толщиной всего около 0,2 миллиметра.
Учёные показали, что между стабильностью пузыря и дыхательными потребностями животного существует определённый баланс.
Построив математическую модель и приняв во внимание все факторы, исследователи пришли к выводу, что существует не только максимальная, но и минимальная глубина погружения.
Однако, несмотря на эти достаточно широкие границы, обитают насекомые в основном на глубине в несколько метров, в основном из-за природных факторов, таких как количество солнечного света, доступности корма и наличия хищников.
О том, можно ли будет использовать полученные данные для каких-либо практических применений, говорить пока рано.

Лапками хватают воздух и тащат его на глубину на животе. У некоторых прямо на теле пузырьки воздуха остаются, у кого просто, у кого на волосках.

Сотни разновидностей насекомых проводят большую часть времени под водой, где добыча более многочисленна и разнообразна. Ученые из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) теперь точно знают, как эти насекомые дышат под водой.

Погружаясь под воду, насекомое захватывает с собой тонкий слой воздуха на своем теле, пользуясь водоотталкивающим хитиновым панцирем. Этот воздушный пузырь является не просто источником кислорода для насекомого, он также позволяет поглощать кислород прямо из окружающей воды.

"Некоторые насекомые приспособились к жизни под водой, используя этот пузырь как внешнее легкое",- сказал Джон Буш (John Bush) - адъюнкт-профессор прикладной математики, соавтор недавнего исследования.

Согласно исследованию, благодаря воздушным пузырям насекомые могут не только оставаться под водой неопределенно долго, но и нырять на глубину до 30 метров. Некоторые разновидности насекомых, такие, например, как водные жуки Neoplea striola, проводят под водой всю зиму.

Это явление впервые наблюдалось много лет назад, но исследователи Массачусетского технологического института являются первыми, кто смог вычислить максимальные глубины погружения и описать, как пузыри остаются неповрежденными при погружении на такие глубины, где давление может их разорвать.

Стабильность воздушного пузыря обусловлена отталкивающими воду волосками на брюшке насекомого. Волоски, наряду с восковым покрытием панциря, препятствуют затоплению водой крошечных вентиляционных отверстий на брюшке.

Расстояние между волосками критически важно: чем ближе волоски друг к другу, тем выше механическая стабильность и тем большее давление может выдержать пузырь перед разрушением. Однако, за механическую стабильность пузыря надо платить. Если волоски слишком близко друг к другу, уменьшается площадь поверхности необходимой для дыхания.

Исследователи разработали математическую модель, которая принимает во внимание эти факторы и позволяет им предсказывать диапазон возможных глубин погружения. Они выяснили, что существует не только максимальная глубина, после которой пузырь разрушается, но и минимальная глубина, выше которой пузырь не может обеспечить дыхательные потребности насекомого.

Исследователи обнаружили, что насекомые могут нырять на глубину до 30 метров. Однако они редко рискуют погружаться глубже, чем несколько метров из-за экологических факторов, таких как количество солнечного света, наличие добычи и присутствие хищников.

Исследование натолкнуло других ученых на мысль разработать подобную систему внешнего легкого в большом масштабе для возможного использования людьми. Правда, площадь поверхности, необходимой чтобы поддерживать дыхание одного человека, составила бы около 100 квадратных метров, что крайне непрактично. Однако существуют и другие области технологического применения. Например, такое устройство могло бы поставлять кислород, необходимый топливными элементами, чтобы привести в действие маленькие автономные подводные транспортные средства.

Личинки живущие в воде имеют жабры (не все, некоторые дышат воздухом с поверхности) . Взрослые водные насекомые тем или иным способом запасают воздух с поверхности, т. к. жабр у них нет

есть один интересный паучок, так он с собой под воду берёт пузырёчек воздуха и в нём дышит.