Бегущие по воде
Чтобы культуре не сгинуть навек, чтоб не глумились над ней,
пусть в этот час замолчат все собаки, пусть уведут коней!
Вождь наш Цезарь над картой в палатке сырой лелеет свою мечту;
руки сцеплены под затылком, взгляд устремлён в пустоту.
Как водомерка над гладью озёр, скользит его мысль над молчаньем.
Чтобы высоких башен пожар и лик этот помнить могли,
двигайся тихо - пусть шум не тревожит это виденье вдали.
Женщина с виду - и всё же дитя, вдали от взоров толпы
она певучей походке цыганской учит свои стопы.
Как водомерка над гладью озёр, скользит её мысль над молчаньем.
Чтобы девичий ум первобытный Адам смущал весенней порой,
выгони этих детей из капеллы, тяжкие двери закрой;
там на высоких лесах Микеланджело видит картины Суда,
кисть его тише крадущейся мыши ходит туда-сюда.
Как водомерка над гладью озёр, скользит его мысль над молчаньем…
«Водомерка» Уильям Батлер Йейтс
Это водное насекомое Chresmoda mongolica относится к загадочной группе хресмодид.
Оно было найдено в 1986 году в континентальных отложениях Монголии, датируемых ранним мелом. Сородичи этого существа, ровесники ихтиозавров и плезиозавров, были в числе первых насекомых, которым ещё в мезозое удалось освоить морскую стихию. Длина тела - чуть меньше сантиметра, но среди других видов хресмодид встречаются и 4-сантиметровые «гиганты». Не все из них были морскими - некоторые попадались и в пресноводных отложениях. А недавно двух представителей группы обнаружили в меловом бирманском янтаре возрастом 100 млн лет.
A - Chresmoda chikuni из мелового бирманского янтаря, B - реконструкция её внешнего облика
отпечаток ископаемого насекомого Chresmoda obscura, Германия
В современном мире встречаются 2 популярных интернет-запроса: «Что за пауки на воде?», и «Кусаются ли водомерки?». Лето, дети выехали на озеро, родители беспокоятся! Да, они кусаются. Больно ли это? Нет, скорее обидно, что даже такая спокойная букашка не выдержала присутствия человека.
водомерка прудовая
Водомерки - это не только те прикольные жучки-паучки в озере, речке или ближайшей луже. Это огромное, около 2000 видов, семейство полужёсткокрылых насекомых из подотряда клопов. Да, водомерки приходятся дальними родственниками диванным жителям и вонючим поедателям малины. Сами же водомерки ведут активный образ жизни. Они путешествуют по всему свету! А некоторые виды и вовсе отправились в тур по мировым водам! Водомерки из рода Halobates - единственные насекомые на планете, что приспособились к жизни в океане. Ни одно насекомое не может так долго обходиться без суши.
так выглядят морские водомерки Галобатесы, они похожи на обрезанные версии раков
Водомерки не тонут, так как оснащены двухуровневой защитой от влаги, которая работает покруче, чем у водонепроницаемых часов. С одной стороны, над удержанием насекомого над водой работает физика. Во-первых, насекомые используют силу поверхностного натяжения воды, широко расставляя лапы и равномерно распределяя вес по большой площади. Во-вторых, они используют закон Кассье, определяющий эффективное значение угла контакта с жидкостью в случае с неоднородной поверхностью. Поворачивается водомерка, двигая своими «гребущими» ногами в разные стороны, подобно тому, как поступает человек, когда разворачивает лодку с помощью вёсел. Если на пути насекомого встречается препятствие, например, веточка или листик, водомерка делает мощный скачок и преодолевает преграду.
Широко расставленные лапки водяных клопов не проваливаются под воду ещё и потому, что они супер-волосатые! Это можно увидеть, присмотревшись получше к насекомым на поверхности воды в ясный день. Сами лапки у клопов тоненькие, а тень от них - огромная. Всё потому, что у водомерок на лапках 16 000 волосков на 1 мм² - это ОЧЕНЬ много!
Для сравнения, у манулов с густой пышной шерстью на 1 мм² приходится всего 90 волосков. А у человека - только 0,1-3 волосинки.
Манул - хищное млекопитающее семейства кошачьих
Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды - она не может просочиться в столь малый объём. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок. Предназначение волосков - создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки - это как раз воздушный «кокон» или «воздушная подушка».
Тушка водомерок тоже покрыта гидрофобными волосками. Их плотность чуть ниже, но вполне достаточна для создания «воздушной подушки». Если вдруг насекомое накроет волной, воздух между волосками вытащит букашку обратно на поверхность.
собрание только для тех, кто умеет ходить по воде
Вторым уровнем защиты служит химия. Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая её. В результате водомерка движется вперёд благодаря действию уже законов физики, она скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил. На дне неглубокого водоёма видна тень водомерки - и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные - это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки. Время от времени тень от ножки перестаёт быть чёткой, и тогда водомерка прижимает её к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество - гидрофобный секрет. После этой процедуры тень от конечности снова становится чёткой. Всё это помогает насекомым не просто стоять на воде, но и перемещаться по её поверхности со скоростью до 5 км/ч. Почти в 2 раза быстрее, чем плывёт неопытный человек!
Поэтому водомерки не плывут, а скользят. Учёные предложили гениальное объяснение: представьте, что вы стоите на четвереньках на огромном, смазанном маслом батуте. На руках и ногах у вас надеты гладкие шлёпанцы. Даже на четвереньках, имея 4 точки опоры, пройти пару метров практически нереально - вы сразу же поскользнётесь. Чтобы двигаться, вам придётся сместить вес тела вперёд. А когда батут под руками прогнётся - оттолкнуться ногами от получившейся «волны». Так и поступают водомерки! Наклоняются и отталкиваются задними лапками. Вода из-за поверхностного натяжения ведёт себя примерно так же, как поверхность скользкого батута.
Вот так, рассекая по мировым океанам и родным лужицам у твоего дома, водомерки активно охотятся на любых насекомых, что нечаянно упадут в воду и на тех, кто рискнёт высунуться из воды. Во вторую категорию как раз и попадают самые гадкие гады летнего периода - комары. Их личинки вынуждены дышать атмосферным воздухом. Тут-то клопы их и поджидают! За мух им тоже респект.
Иногда ничего не подозревающий малёк подплывает к поверхности водоёма, и тут же в него всаживается «гарпун» - хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Хищники хватают жертву передними лапками, зубов у водомерок нет, так что добычу им приходится сначала растворять, а потом пить, как через трубочку.
Если водомерки находят крупную добычу, они едят её вместе.
Когда-то природа считалась произведением божественного искусства, выверенным и гармоничным, словно пейзажный парк, но Дарвин научил нас смотреть на неё как на поле битвы. Конкуренция пронизывает природу на всех уровнях, включая семейные отношения. Самцы борются друг с другом за внимание самок, брат отпихивает брата, чтобы получить максимум родительской заботы, а сами родители соревнуются в том, кто из них свалит на партнёра как можно больше обязанностей по воспитанию потомства. Да и в половую связь многие животные вступают отнюдь не по взаимному согласию. Соитию подчас предшествует отчаянный поединок между самкой и самцом. Кто из нас не стоял тихим деревенским вечером на берегу пруда и не смотрел, как эти создания мирно скользят по поверхности воды, иногда смешно подпрыгивая и сталкиваясь друг с другом, словно играют в весёлую игру? Кто бы мог подумать, что за этой идиллией скрывается разгул насилия, по сравнению с которым меркнут романы маркиза де Сада. Самки водомерок становятся жертвами многократных изнасилований из-за ненасытного сексуального аппетита самцов.
Классическим модельным объектом для изучения межполовых конфликтов в природе стали именно водомерки. Дело в том, что они фактически живут не в трёхмерном, а в двухмерном пространстве. Вся их активность ограничена плёнкой поверхностного натяжения воды. А это значит, что самка не может спрятаться от назойливых самцов где-нибудь под камнями или в зарослях растительности. Она вынуждена всё время проводить с ними бок о бок, поминутно отбиваясь от назойливых ухажёров. У американской водомерки Aquarius remigis спаривание занимает 2-3 часа, у остальных видов оно длится в среднем от 5 до 20 минут - на первый взгляд, не так уж и долго. Но если совокупляться приходиться по многу раз за день, то это доставляет самке серьёзные неудобства. Самец во время спаривания сидит на спине самки, так что она вынуждена катать его на себе. Скорость передвижения спаривающейся самки существенно ниже, чем у одиночной, из-за чего ей сложнее искать себе пищу, но зато куда легче самой угодить на обед к хищнику. По сравнению с одиночными особями спаривающиеся самки водомерки в два раза чаще становятся добычей хищных клопов-гладышей.
А поскольку основная опасность для водомерок исходит снизу, из водной стихии, где живут рыбы и хищные насекомые, то во время спаривания главным образом рискует именно самка, а не сидящий на ней самец.
самка не теряет времени и перекусывает в процессе копуляции
Для оплодотворения яиц самке достаточно спариться всего один раз: в её половых путях сперма остаётся жизнеспособной не менее 10 дней. Так что самки водомерок всеми силами пытаются увильнуть от ненужных любовных утех. Например, самки водомерки Gerris odontogaster, как только на них пытается взгромоздиться самец, подпрыгивают вертикально вверх, пытаясь его сбросить, а затем, если это не получилось, распрямляют средние ноги, откидывают тело назад и кувыркаются через спину вместе с незваным кавалером. Самцы же этого вида обзавелись особым зажимчиком на нижней стороне 7 брюшного сегмента, которым они держат самку за конец брюшка и не дают ей сбросить себя.
Так что у водомерок между полами развернулась настоящая эволюционная гонка вооружений: самки обороняются от самцов, а самцы изобретают всё новые способы, позволяющие обойти эту оборону. Самки Gerris gracilicornis вообще закрыли свои гениталии выступом предыдущего сегмента, чтобы наглые женишки не могли вставить туда свой фаллос без их согласия. В ответ на это самцы пошли на отчаянные меры: клоп забирается на спину самки и со всей дури стучит лапками по воде. Такой шум сразу же привлекает подводных хищников. А кого съедят первой? Вот самка и соглашается!
В ископаемом состоянии водомерки известны с мелового периода. Но как протекала у них эта эпическая битва полов в далёком прошлом? Разузнать подробности сексуальной жизни древних насекомых очень непросто - это всё равно что задаться вопросом, в каких позах занимались сексом наши предки. Но иногда исключительные находки позволяют проникнуть даже в самые интимные тайны, погребённые под пластами минувших эпох. Подобно тому, как эротические фрески и похабные граффити в домах Помпеи помогли разобраться в эротических предпочтениях древних римлян, так и спаривающиеся водомерки, сохранившиеся в кусках янтаря, дают возможность проследить историю межполового конфликта. Одну такую «сладкую парочку» водомерок, относящихся к вымершему виду, нашли 30 лет тому назад в доминиканском янтаре возрастом около 15-20 млн лет. Хотя самец в этой паре прицепился к самке сзади, генитальный контакт между ними отсутствует. Поэтому учёные предположили, что самец следовал за самкой после спаривания, охраняя её от посягательств других самцов, - такое поведение свойственно некоторым современным видам. Но палеоэнтомологам всё-таки посчастливилось найти спаривающихся водомерок в более древнем бирманском янтаре, чей возраст составляет около 100 млн лет. В руки учёных попала не одна, а сразу три пары водомерок, а также одиночный самец. Все они навеки застыли в небольшом 4-сантиметровом куске янтаря. Все 7 особей относятся к одному и тому же виду надсемейства Gerroidea.
кусок мелового бирманского янтаря с тремя парами копулирующих водомерок. Красными стрелками отмечены самцы, синими - самки
К чести водомерок надо сказать, что не все они погрязли в сексуальном насилии. Тонко воспринимая характер колебаний водной поверхности, они могут и сами вызывать такие колебания, подавая те или иные сигналы сородичам. В первую очередь такая коммуникация используется для взаимодействия между противоположными полами. Когда самец водомерки находит уютное брачное ложе - это может быть неподвижный или плавающий объект, например, водное растение или кусочек коры, - он хватает и удерживает его с помощью лапок или замирает рядом и начинает подавать призывные сигналы. Самец выстукивает по воде на частоте 25 Гц, чтобы застолбить территорию и отпугнуть чужаков. Если рядом появится самка, он перейдёт на частоту в 3 Гц, завлекая даму в свои объятия. В этой ситуации самки могут выбирать, с кем им спариваться.
романтический ужин
Но водомерок из бирманского янтаря явно нельзя отнести к территориальным видам. Две копулирующие пары вместе с одиночным самцом находятся в одном и том же слое янтаря, то есть они угодили в смолу одновременно. Получается, плотность водомерок в древнем водоёме была весьма высока - самцы не сидели каждый на своём участке, дожидаясь партнёршу, а устраивали кучу-малу, перераставшую в групповую сексуальную оргию. Ещё одна пара лежит в другом янтарном слое, который мог образоваться спустя минуты, часы или даже дни после первого натёка.
художественная реконструкция, на которой показаны спаривающиеся меловые водомерки в затопленном янтарном лесу
После копуляции самка приступает к откладыванию яичек, проделывая отверстия в «брачной постели». Самец же в это время посылает особые посткопуляционные сигналы, охраняя таким образом свою территорию с находящейся на ней самкой от вторжения чужих самцов. Но если какая-то незадачливая водомерка мужского пола всё-таки приблизится на расстояние около 10 см, то хозяин нападет на неё. Яйца водомерки прикрепляют к водным растениям, камушкам, веточкам или же просто так, под воду - разные виды поступают по-своему. Во взрослую особь водомерята развиваются около 40 дней. И вот что любопытно: чем хуже условия среды в родном водоёме, тем у бо́льшего числа потомков будут развиваться крылья. В пересыхающих лужах выводится молодняк с хорошо развитым и функциональным летательным аппаратом, чтобы водомерки могли улететь и найти себе дом получше.
Распространённая почти по всей территории европейского материка, Палочковидная водомерка ведёт неспешную жизнь в таких же спокойных и неторопливых ручьях, озёрах и наполненных водой рвах. Опираясь на 3 пары длинных тонких ног, она легко скользит по поверхности воды, выискивая личинки водяных блох и комаров. В этом ей активно помогают 2 чувствительных усика, улавливающих малейшее колебание воды. Обнаружив добычу, палочковидная водомерка безжалостно насаживает её на свой длинный острый хоботок.
Палочковидные водомерки не отличаются яркостью красок и могут быть как тёмно-серыми, так и полностью чёрными. Они вырастают до 13 мм в длину и обычно лишены крыльев, но бывает, что встречаются и особи с полностью развитыми крыльями. Палочковидные водомерки умеют прыгать и пользуются этим умением при первых же признаках опасности. Выбирая место для жизни, водомерки стараются селиться вблизи выступающих из воды растений. Когда придёт время, их стебли послужат безопасным местом для откладывания яиц.
Водомерки так шустро передвигаются по воде потому, что они используют удивительные свойства водяной плёнки. Поверхность любого водоёма - будь то пруд, река или даже лужа - это уникальная экологическая ниша. Здесь встречаются две совершенно разные среды обитания - воздушная и водная. А разделяет их так называемая плёнка поверхностного натяжения. Благодаря тому, что на границе двух фаз силы притяжения между молекулами воды не уравновешены (сумма сил притяжения, действующих «вниз» оказывается больше сил, действующих «вверх»), плотность воды на поверхности оказывается несколько выше, чем в основном слое. «Столпотворение» стремящихся вниз молекул приводит к возникновению своего рода эластичной мембраны, способной поддерживать объекты, плотность которых выше плотности воды. Если, конечно, эти объекты не смачиваются, то есть сами не притягивают к себе молекулы воды, нарушая структуру поверхностной плёнки. Хорошо демонстрирует это явление смазанная жиром и аккуратно положенная на поверхность воды швейная игла. Сталь намного плотнее воды, своей тяжестью игла заметно прогибает водяную плёнку, но тем не менее остаётся на плаву. Поскольку жизнь на границе двух сообществ отличается заметным преимуществом, этим пользуется целый ряд живых организмов и самые известные обитатели поверхности водоёмов, конечно, - водомерки. Осенью, с наступлением холодов, они покидают водоёмы и находят себе убежища под корой старых пней или во мху.
К слову, если изменить поверхностное натяжение воды - например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства - последние изменяют свойства воды и водомерки - да и не только они - не могут жить в подобных местах.
Группа китайских учёных разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда: «Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объём этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Всё это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру».
Результаты наблюдения китайского физика по имени Yu Tian помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько. Робот-водомерка, созданный командой исследователей из Южной Кореи и США, очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками». Он не только передвигается по поверхности воды, но ещё и прыгает, причём довольно высоко. Область применения роботов-водомерок - поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.
Источники: Блог компании Selectel, Научно-популярное Физика Химия Биология, Элементы, Новости науки и Книга животных
пусть в этот час замолчат все собаки, пусть уведут коней!
Вождь наш Цезарь над картой в палатке сырой лелеет свою мечту;
руки сцеплены под затылком, взгляд устремлён в пустоту.
Как водомерка над гладью озёр, скользит его мысль над молчаньем.
Чтобы высоких башен пожар и лик этот помнить могли,
двигайся тихо - пусть шум не тревожит это виденье вдали.
Женщина с виду - и всё же дитя, вдали от взоров толпы
она певучей походке цыганской учит свои стопы.
Как водомерка над гладью озёр, скользит её мысль над молчаньем.
Чтобы девичий ум первобытный Адам смущал весенней порой,
выгони этих детей из капеллы, тяжкие двери закрой;
там на высоких лесах Микеланджело видит картины Суда,
кисть его тише крадущейся мыши ходит туда-сюда.
Как водомерка над гладью озёр, скользит его мысль над молчаньем…
«Водомерка» Уильям Батлер Йейтс
Это водное насекомое Chresmoda mongolica относится к загадочной группе хресмодид.
Оно было найдено в 1986 году в континентальных отложениях Монголии, датируемых ранним мелом. Сородичи этого существа, ровесники ихтиозавров и плезиозавров, были в числе первых насекомых, которым ещё в мезозое удалось освоить морскую стихию. Длина тела - чуть меньше сантиметра, но среди других видов хресмодид встречаются и 4-сантиметровые «гиганты». Не все из них были морскими - некоторые попадались и в пресноводных отложениях. А недавно двух представителей группы обнаружили в меловом бирманском янтаре возрастом 100 млн лет.
A - Chresmoda chikuni из мелового бирманского янтаря, B - реконструкция её внешнего облика
отпечаток ископаемого насекомого Chresmoda obscura, Германия
В современном мире встречаются 2 популярных интернет-запроса: «Что за пауки на воде?», и «Кусаются ли водомерки?». Лето, дети выехали на озеро, родители беспокоятся! Да, они кусаются. Больно ли это? Нет, скорее обидно, что даже такая спокойная букашка не выдержала присутствия человека.
водомерка прудовая
Водомерки - это не только те прикольные жучки-паучки в озере, речке или ближайшей луже. Это огромное, около 2000 видов, семейство полужёсткокрылых насекомых из подотряда клопов. Да, водомерки приходятся дальними родственниками диванным жителям и вонючим поедателям малины. Сами же водомерки ведут активный образ жизни. Они путешествуют по всему свету! А некоторые виды и вовсе отправились в тур по мировым водам! Водомерки из рода Halobates - единственные насекомые на планете, что приспособились к жизни в океане. Ни одно насекомое не может так долго обходиться без суши.
так выглядят морские водомерки Галобатесы, они похожи на обрезанные версии раков
Водомерки не тонут, так как оснащены двухуровневой защитой от влаги, которая работает покруче, чем у водонепроницаемых часов. С одной стороны, над удержанием насекомого над водой работает физика. Во-первых, насекомые используют силу поверхностного натяжения воды, широко расставляя лапы и равномерно распределяя вес по большой площади. Во-вторых, они используют закон Кассье, определяющий эффективное значение угла контакта с жидкостью в случае с неоднородной поверхностью. Поворачивается водомерка, двигая своими «гребущими» ногами в разные стороны, подобно тому, как поступает человек, когда разворачивает лодку с помощью вёсел. Если на пути насекомого встречается препятствие, например, веточка или листик, водомерка делает мощный скачок и преодолевает преграду.
Широко расставленные лапки водяных клопов не проваливаются под воду ещё и потому, что они супер-волосатые! Это можно увидеть, присмотревшись получше к насекомым на поверхности воды в ясный день. Сами лапки у клопов тоненькие, а тень от них - огромная. Всё потому, что у водомерок на лапках 16 000 волосков на 1 мм² - это ОЧЕНЬ много!
Для сравнения, у манулов с густой пышной шерстью на 1 мм² приходится всего 90 волосков. А у человека - только 0,1-3 волосинки.
Манул - хищное млекопитающее семейства кошачьих
Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды - она не может просочиться в столь малый объём. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок. Предназначение волосков - создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки - это как раз воздушный «кокон» или «воздушная подушка».
Тушка водомерок тоже покрыта гидрофобными волосками. Их плотность чуть ниже, но вполне достаточна для создания «воздушной подушки». Если вдруг насекомое накроет волной, воздух между волосками вытащит букашку обратно на поверхность.
собрание только для тех, кто умеет ходить по воде
Вторым уровнем защиты служит химия. Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая её. В результате водомерка движется вперёд благодаря действию уже законов физики, она скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил. На дне неглубокого водоёма видна тень водомерки - и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные - это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки. Время от времени тень от ножки перестаёт быть чёткой, и тогда водомерка прижимает её к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество - гидрофобный секрет. После этой процедуры тень от конечности снова становится чёткой. Всё это помогает насекомым не просто стоять на воде, но и перемещаться по её поверхности со скоростью до 5 км/ч. Почти в 2 раза быстрее, чем плывёт неопытный человек!
Поэтому водомерки не плывут, а скользят. Учёные предложили гениальное объяснение: представьте, что вы стоите на четвереньках на огромном, смазанном маслом батуте. На руках и ногах у вас надеты гладкие шлёпанцы. Даже на четвереньках, имея 4 точки опоры, пройти пару метров практически нереально - вы сразу же поскользнётесь. Чтобы двигаться, вам придётся сместить вес тела вперёд. А когда батут под руками прогнётся - оттолкнуться ногами от получившейся «волны». Так и поступают водомерки! Наклоняются и отталкиваются задними лапками. Вода из-за поверхностного натяжения ведёт себя примерно так же, как поверхность скользкого батута.
Вот так, рассекая по мировым океанам и родным лужицам у твоего дома, водомерки активно охотятся на любых насекомых, что нечаянно упадут в воду и на тех, кто рискнёт высунуться из воды. Во вторую категорию как раз и попадают самые гадкие гады летнего периода - комары. Их личинки вынуждены дышать атмосферным воздухом. Тут-то клопы их и поджидают! За мух им тоже респект.
Иногда ничего не подозревающий малёк подплывает к поверхности водоёма, и тут же в него всаживается «гарпун» - хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Хищники хватают жертву передними лапками, зубов у водомерок нет, так что добычу им приходится сначала растворять, а потом пить, как через трубочку.
Если водомерки находят крупную добычу, они едят её вместе.
Когда-то природа считалась произведением божественного искусства, выверенным и гармоничным, словно пейзажный парк, но Дарвин научил нас смотреть на неё как на поле битвы. Конкуренция пронизывает природу на всех уровнях, включая семейные отношения. Самцы борются друг с другом за внимание самок, брат отпихивает брата, чтобы получить максимум родительской заботы, а сами родители соревнуются в том, кто из них свалит на партнёра как можно больше обязанностей по воспитанию потомства. Да и в половую связь многие животные вступают отнюдь не по взаимному согласию. Соитию подчас предшествует отчаянный поединок между самкой и самцом. Кто из нас не стоял тихим деревенским вечером на берегу пруда и не смотрел, как эти создания мирно скользят по поверхности воды, иногда смешно подпрыгивая и сталкиваясь друг с другом, словно играют в весёлую игру? Кто бы мог подумать, что за этой идиллией скрывается разгул насилия, по сравнению с которым меркнут романы маркиза де Сада. Самки водомерок становятся жертвами многократных изнасилований из-за ненасытного сексуального аппетита самцов.
Click to viewКлассическим модельным объектом для изучения межполовых конфликтов в природе стали именно водомерки. Дело в том, что они фактически живут не в трёхмерном, а в двухмерном пространстве. Вся их активность ограничена плёнкой поверхностного натяжения воды. А это значит, что самка не может спрятаться от назойливых самцов где-нибудь под камнями или в зарослях растительности. Она вынуждена всё время проводить с ними бок о бок, поминутно отбиваясь от назойливых ухажёров. У американской водомерки Aquarius remigis спаривание занимает 2-3 часа, у остальных видов оно длится в среднем от 5 до 20 минут - на первый взгляд, не так уж и долго. Но если совокупляться приходиться по многу раз за день, то это доставляет самке серьёзные неудобства. Самец во время спаривания сидит на спине самки, так что она вынуждена катать его на себе. Скорость передвижения спаривающейся самки существенно ниже, чем у одиночной, из-за чего ей сложнее искать себе пищу, но зато куда легче самой угодить на обед к хищнику. По сравнению с одиночными особями спаривающиеся самки водомерки в два раза чаще становятся добычей хищных клопов-гладышей.
А поскольку основная опасность для водомерок исходит снизу, из водной стихии, где живут рыбы и хищные насекомые, то во время спаривания главным образом рискует именно самка, а не сидящий на ней самец.
самка не теряет времени и перекусывает в процессе копуляции
Для оплодотворения яиц самке достаточно спариться всего один раз: в её половых путях сперма остаётся жизнеспособной не менее 10 дней. Так что самки водомерок всеми силами пытаются увильнуть от ненужных любовных утех. Например, самки водомерки Gerris odontogaster, как только на них пытается взгромоздиться самец, подпрыгивают вертикально вверх, пытаясь его сбросить, а затем, если это не получилось, распрямляют средние ноги, откидывают тело назад и кувыркаются через спину вместе с незваным кавалером. Самцы же этого вида обзавелись особым зажимчиком на нижней стороне 7 брюшного сегмента, которым они держат самку за конец брюшка и не дают ей сбросить себя.
Так что у водомерок между полами развернулась настоящая эволюционная гонка вооружений: самки обороняются от самцов, а самцы изобретают всё новые способы, позволяющие обойти эту оборону. Самки Gerris gracilicornis вообще закрыли свои гениталии выступом предыдущего сегмента, чтобы наглые женишки не могли вставить туда свой фаллос без их согласия. В ответ на это самцы пошли на отчаянные меры: клоп забирается на спину самки и со всей дури стучит лапками по воде. Такой шум сразу же привлекает подводных хищников. А кого съедят первой? Вот самка и соглашается!
В ископаемом состоянии водомерки известны с мелового периода. Но как протекала у них эта эпическая битва полов в далёком прошлом? Разузнать подробности сексуальной жизни древних насекомых очень непросто - это всё равно что задаться вопросом, в каких позах занимались сексом наши предки. Но иногда исключительные находки позволяют проникнуть даже в самые интимные тайны, погребённые под пластами минувших эпох. Подобно тому, как эротические фрески и похабные граффити в домах Помпеи помогли разобраться в эротических предпочтениях древних римлян, так и спаривающиеся водомерки, сохранившиеся в кусках янтаря, дают возможность проследить историю межполового конфликта. Одну такую «сладкую парочку» водомерок, относящихся к вымершему виду, нашли 30 лет тому назад в доминиканском янтаре возрастом около 15-20 млн лет. Хотя самец в этой паре прицепился к самке сзади, генитальный контакт между ними отсутствует. Поэтому учёные предположили, что самец следовал за самкой после спаривания, охраняя её от посягательств других самцов, - такое поведение свойственно некоторым современным видам. Но палеоэнтомологам всё-таки посчастливилось найти спаривающихся водомерок в более древнем бирманском янтаре, чей возраст составляет около 100 млн лет. В руки учёных попала не одна, а сразу три пары водомерок, а также одиночный самец. Все они навеки застыли в небольшом 4-сантиметровом куске янтаря. Все 7 особей относятся к одному и тому же виду надсемейства Gerroidea.
кусок мелового бирманского янтаря с тремя парами копулирующих водомерок. Красными стрелками отмечены самцы, синими - самки
К чести водомерок надо сказать, что не все они погрязли в сексуальном насилии. Тонко воспринимая характер колебаний водной поверхности, они могут и сами вызывать такие колебания, подавая те или иные сигналы сородичам. В первую очередь такая коммуникация используется для взаимодействия между противоположными полами. Когда самец водомерки находит уютное брачное ложе - это может быть неподвижный или плавающий объект, например, водное растение или кусочек коры, - он хватает и удерживает его с помощью лапок или замирает рядом и начинает подавать призывные сигналы. Самец выстукивает по воде на частоте 25 Гц, чтобы застолбить территорию и отпугнуть чужаков. Если рядом появится самка, он перейдёт на частоту в 3 Гц, завлекая даму в свои объятия. В этой ситуации самки могут выбирать, с кем им спариваться.
романтический ужин
Но водомерок из бирманского янтаря явно нельзя отнести к территориальным видам. Две копулирующие пары вместе с одиночным самцом находятся в одном и том же слое янтаря, то есть они угодили в смолу одновременно. Получается, плотность водомерок в древнем водоёме была весьма высока - самцы не сидели каждый на своём участке, дожидаясь партнёршу, а устраивали кучу-малу, перераставшую в групповую сексуальную оргию. Ещё одна пара лежит в другом янтарном слое, который мог образоваться спустя минуты, часы или даже дни после первого натёка.
художественная реконструкция, на которой показаны спаривающиеся меловые водомерки в затопленном янтарном лесу
После копуляции самка приступает к откладыванию яичек, проделывая отверстия в «брачной постели». Самец же в это время посылает особые посткопуляционные сигналы, охраняя таким образом свою территорию с находящейся на ней самкой от вторжения чужих самцов. Но если какая-то незадачливая водомерка мужского пола всё-таки приблизится на расстояние около 10 см, то хозяин нападет на неё. Яйца водомерки прикрепляют к водным растениям, камушкам, веточкам или же просто так, под воду - разные виды поступают по-своему. Во взрослую особь водомерята развиваются около 40 дней. И вот что любопытно: чем хуже условия среды в родном водоёме, тем у бо́льшего числа потомков будут развиваться крылья. В пересыхающих лужах выводится молодняк с хорошо развитым и функциональным летательным аппаратом, чтобы водомерки могли улететь и найти себе дом получше.
Распространённая почти по всей территории европейского материка, Палочковидная водомерка ведёт неспешную жизнь в таких же спокойных и неторопливых ручьях, озёрах и наполненных водой рвах. Опираясь на 3 пары длинных тонких ног, она легко скользит по поверхности воды, выискивая личинки водяных блох и комаров. В этом ей активно помогают 2 чувствительных усика, улавливающих малейшее колебание воды. Обнаружив добычу, палочковидная водомерка безжалостно насаживает её на свой длинный острый хоботок.
Палочковидные водомерки не отличаются яркостью красок и могут быть как тёмно-серыми, так и полностью чёрными. Они вырастают до 13 мм в длину и обычно лишены крыльев, но бывает, что встречаются и особи с полностью развитыми крыльями. Палочковидные водомерки умеют прыгать и пользуются этим умением при первых же признаках опасности. Выбирая место для жизни, водомерки стараются селиться вблизи выступающих из воды растений. Когда придёт время, их стебли послужат безопасным местом для откладывания яиц.
Водомерки так шустро передвигаются по воде потому, что они используют удивительные свойства водяной плёнки. Поверхность любого водоёма - будь то пруд, река или даже лужа - это уникальная экологическая ниша. Здесь встречаются две совершенно разные среды обитания - воздушная и водная. А разделяет их так называемая плёнка поверхностного натяжения. Благодаря тому, что на границе двух фаз силы притяжения между молекулами воды не уравновешены (сумма сил притяжения, действующих «вниз» оказывается больше сил, действующих «вверх»), плотность воды на поверхности оказывается несколько выше, чем в основном слое. «Столпотворение» стремящихся вниз молекул приводит к возникновению своего рода эластичной мембраны, способной поддерживать объекты, плотность которых выше плотности воды. Если, конечно, эти объекты не смачиваются, то есть сами не притягивают к себе молекулы воды, нарушая структуру поверхностной плёнки. Хорошо демонстрирует это явление смазанная жиром и аккуратно положенная на поверхность воды швейная игла. Сталь намного плотнее воды, своей тяжестью игла заметно прогибает водяную плёнку, но тем не менее остаётся на плаву. Поскольку жизнь на границе двух сообществ отличается заметным преимуществом, этим пользуется целый ряд живых организмов и самые известные обитатели поверхности водоёмов, конечно, - водомерки. Осенью, с наступлением холодов, они покидают водоёмы и находят себе убежища под корой старых пней или во мху.
К слову, если изменить поверхностное натяжение воды - например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства - последние изменяют свойства воды и водомерки - да и не только они - не могут жить в подобных местах.
Группа китайских учёных разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда: «Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объём этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Всё это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру».
Результаты наблюдения китайского физика по имени Yu Tian помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько. Робот-водомерка, созданный командой исследователей из Южной Кореи и США, очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками». Он не только передвигается по поверхности воды, но ещё и прыгает, причём довольно высоко. Область применения роботов-водомерок - поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.
Источники: Блог компании Selectel, Научно-популярное Физика Химия Биология, Элементы, Новости науки и Книга животных