Личинки насекомых из африканского озера выживают на глубинах, которые должны их раздавить

Микро-КТ-сканирование личинки, показывающее расположение воздушных мешков. Кредит: Филип Мэтьюз

Личинки насекомых, обитающие в африканском озере и способные погружаться на экстремальные глубины, заставляют ученых пересмотреть популярное объяснение того, почему насекомые практически полностью отсутствуют в открытом океане. Их секрет — удивительно прочная система воздушных мешков, способная выдерживать гораздо большее давление, чем ожидали исследователи.

Миллиарды личинок озёрной мухи (Chaoborus edulis), живущих в озере Малави в Восточной Африке, ежедневно совершают необычайную вертикальную миграцию.

В светлое время суток личинки опускаются более чем на 200 метров в глубокую область озера с очень низким содержанием кислорода. Эта зона, часто называемая «мертвой зоной», служит убежищем от хищников, которые не могут там легко выжить. С наступлением темноты личинки поднимаются к поверхности, чтобы питаться, хотя им приходится преодолевать огромные скопления рыб, поджидающих их.

Чтобы отследить это ежедневное перемещение, исследователи из Университета Британской Колумбии (UBC) доктора Филип Мэтьюз и Эван Маккензи установили на дне озера гидролокатор. Оборудование позволило им наблюдать за огромными группами личинок, движущихся в толще воды.

Крошечные воздушные мешки работают как балластные цистерны

Когда исследователи изучили личинок, они обнаружили, что насекомые адаптировали часть своей дыхательной системы в две пары небольших воздушных мешков.

Эти мешки действуют подобно балластным цистернам подводной лодки. Регулируя их размер, личинки могут изменять свою плавучесть и контролировать, подниматься им или опускаться в озере.

Стенки мешков содержат резилин — необычайно эластичный материал, встречающийся у многих насекомых. Личинки могут изменять pH стенок мешков, заставляя резилин расширяться или сжиматься. Это изменяет объем воздушных мешков и дает личинкам точный контроль над глубиной погружения.

Воздушные мешки выдерживают экстремальное давление воды

Затем исследователи поместили личинок в миниатюрные камеры давления, чтобы определить, какое давление могут выдержать воздушные мешки до разрушения.

Результаты оказались впечатляющими. Мешки выдерживали давление, эквивалентное глубине более 400 метров, что значительно глубже, чем обычно мигрируют личинки.

Насекомые чрезвычайно успешны на суше и в пресной воде, однако в открытом океане их практически нет. Одно из широко обсуждаемых объяснений заключается в том, что интенсивное давление на больших глубинах разрушает воздушные пространства, используемые насекомыми для дыхания.

Устойчивость этих личинок позволяет предположить, что одно лишь давление не может полностью объяснить, почему насекомые так и не colonizовали океан.

Биологическая резина может вдохновить на создание новых материалов

Ученые ранее изучали резилин, поскольку он ведет себя почти как идеальная биологическая резина. У других насекомых он помогает формировать прочные структуры, такие как шарниры крыльев и сухожилия, которые должны многократно сгибаться, не изнашиваясь.

Недавно обнаруженная система плавучести также может способствовать разработке «умных» материалов на основе резилина. Исследователи, возможно, в будущем смогут использовать аналогичные механизмы для создания искусственных мышц или других материалов, которые движутся при изменении pH.

Этот проект был частично профинансирован грантами Канадского совета по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC).

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Британской Колумбии.

Evan K. G. McKenzie, Maxon J. R. Ngochera, Joseph Chombo, Hayley McLennan, Roland Proud, Tahnee Ames, Philip G. D. Matthews. Crush-resistant air sacs allow insect larvae to exploit aquatic habitats at extreme depth. Science, 2026; 393 (6809): 398 DOI: 10.1126/science.aed0667