Саранча, выращенная в условиях повышенной гравитации, становится невероятно сильной

В ходе нового исследования ученые обнаружили, что саранча обладает удивительной способностью адаптироваться к изменениям гравитационных условий. Подвергнув этих насекомых воздействию устройства, имитирующего дополнительную гравитацию, исследователи заметили, что экзоскелет и ноги саранчи стали сильнее всего за несколько недель. Однако эта адаптация имела свои пределы: чрезмерная имитация гравитации привела к тому, что саранча ослабла и в конце концов погибла. Несмотря на такой исход, исследование проливает свет на адаптивность экзоскелетов насекомых и дает ценные сведения для разработки биоматериалов.

Влияние измененной гравитации на физические системы хорошо изучено. У млекопитающих, живущих в условиях микрогравитации на Международной космической станции, наблюдается потеря плотности костей и мышц. Растения также легко реагируют на изменения гравитации, становясь сильнее или слабее. Однако влияние высокой гравитации на животных с кутикулярным экзоскелетом, которые составляют около 80 процентов животного населения Земли, остается относительно неизученным.

Чтобы устранить этот пробел в знаниях, биологи Карен Стамм и Ян-Хеннинг Диркс из Бременского университета прикладных наук разработали центрифугу, специально предназначенную для изучения насекомых в условиях высокой гравитации. В этой центрифуге применяется центробежная сила, имитирующая дополнительное давление, возникающее в условиях высокой гравитации.

Исследователи точно настроили свою центрифугу для создания определенных гравитационных условий. В качестве базового значения использовалось обычное ускорение, вызванное земным притяжением на уровне моря, обозначаемое как 1g. Однако они смогли умножить эту гравитационную силу до 8g, что позволило создать целый ряд экспериментальных условий.

Для эксперимента исследователи получили почти взрослую саранчу вида Locusta migratoria. Саранчу поместили в центрифугу после окончательной линьки, которая знаменует сбрасывание старого экзоскелета и появление нового, мягкого экзоскелета взрослой особи, который постепенно затвердевает с течением времени.

Саранча была разделена на четыре группы: контрольную группу с нагрузкой 1 г и три экспериментальные группы с нагрузкой 3 г, 5 г и 8 г соответственно. Каждая группа провела в центрифуге две недели, в течение которых их экзоскелет затвердел. Центрифуга работала непрерывно, с небольшими перерывами раз в три дня для ухода.

Исследователи сделали интересные наблюдения за выживаемостью и физическими характеристиками саранчи. В контрольной группе с весом 1 г выживаемость составила 76 процентов, а в группе с весом 3 г немного увеличилась до 81 процента. Однако в группе 5 г выживаемость резко снизилась: только 51 % саранчи пережили двухнедельный период. В группе 8 г наблюдался самый значительный спад - выживаемость составила всего 7 %.

С этими показателями выживаемости коррелировали изменения толщины экзоскелета саранчи и силы ее ног. При массе 3 г насекомые демонстрировали значительно более сильные ноги, чем при массе 1 г. Однако при 5 и 8 г толщина кутикулы уменьшилась, и саранча также потеряла в массе тела.

Это исследование подчеркивает впечатляющую способность саранчи адаптироваться к изменениям гравитационных условий. Понимание того, как экзоскелеты насекомых могут адаптироваться к различным механическим нагрузкам, дает ценные знания для разработки биоматериалов. Используя эти знания, ученые смогут создать инновационные материалы, способные противостоять различным условиям окружающей среды и находить применение в различных отраслях промышленности.