Sažetak: Larve Chaoborus edulis iz Jezera Malawi koriste vazdušne kesice i pH‑zavisan resilin da kontrolišu plovnost i dnevno zarone do ~200 m. Eksperimenti su pokazali da njihove kesice podnose pritisak ekvivalentan više od 400 m, što ukazuje da hidrostatički pritisak verovatno nije razlog odsustva insekata u otvorenom okeanu. Otkriveni mehanizam resilina ima potencijalnu primenu u razvoju dinamičnih materijala.
Larve iz Jezera Malawi izdrže pritisak od preko 400 m i prkose očekivanjima fizike
Removed 'Chaoborus edulis' airsacs.
Larve insekta Chaoborus edulis iz Istočne Afrike, koje žive u Jezeru Malawi, rutinski zarone do oko 200 metara tokom dana, a noću se penju prema površini da bi se hranile. Njihova sposobnost da podnose ogroman vodeni pritisak izazvala je naučnike i dovela do preispitivanja dugogodišnjih pretpostavki o tome zašto insekti izostaju iz otvorenih okeana.
Kako funkcionišu vazdušne kesice? Larve su izmenile svoj respiratorni sistem u dva para vazdušnih kesica koje služe za regulaciju plovnosti. Unutrašnjost tih kesica sadrži gas koji je približno na istom pritisku kao vazduh na površini vode — pa je pitanje bilo: koliko duboko kesice mogu da izdrže pre nego što spoljašnji pritisak prevaziđe njihovu sposobnost da se šire?
Biološki mehanizam: Zidovi kesica sadrže protein resilin koji menja zapreminu u zavisnosti od pH vrednosti zida. Promenom pH-a larve kontrolišu natezanje ili skupljanje resilina, čime dinamički menjaju oblik i zapreminu kesica i samim tim svoju plovnost.
A swarm of the lake fly larvae over Lake Malawi.Image: Philip Matthews.
„Gas unutar vazdušne kesice nije pod povećanim pritiskom — on je otprilike jednak atmosferskom pritisku na površini“, objašnjava Philip Matthews iz Univerziteta British Columbia. „To postavlja pitanje: na kojoj dubini kesice prestaju da se šire i kada bi eventualno implodirale?“
Eksperimenti i otkriće: Tim istraživača pratio je dnevne migracije larvi pomoću sonara i potom testirao otpornost vazdušnih kesica u kontrolisanim pritiscima u laboratoriji. U komorama za visok pritisak larvine kesice su izdržale vrednosti odgovarajuće pritisku većem od 400 metara (oko 1.213 stopa) — značajno dublje od dubina na kojima se larve obično nalaze.
Zaključci i implikacije: Nalazi sugerišu da hidrostatički pritisak verovatno nije osnovna prepreka zbog koje insekti ne nastanjuju otvoreni okean. Osim toga, ponašanje resilina — pasivnog do sada smatranog dela egzoskeleta koji u ovom slučaju aktivno menja zapreminu pod uticajem hemijske sredine — moglo bi imati primenu u materijalnim naukama za razvoj pH‑reaktivnih, oblikom promenljivih materijala.
„Resilin u Chaoborus deluje kao dinamičan materijal koji može da nabubri i svede zapreminu pod uticajem promena pH, generišući tako silu koja menja oblik vazdušne kesice“, kaže Evan McKenzie, koautor studije i doktorant na Univerzitetu British Columbia.
Zašto je ovo važno?
Osim što menja naše razumevanje ekoloških granica insekata, ovo otkriće otvara mogućnosti za biomimetičke primene — od pametnih materijala koji reaguju na hemijske promene do novih ideja za kontrolu plovnosti u mikro‑uređajima. Studija je objavljena u časopisu Science.
Pomozite nam da budemo bolji.
