Китайские ученые показали, что конечности водомерки имеют специальную иерархическую систему щетинок разного диаметра. Именно благодаря ей насекомое может свободно скользить по поверхности воды.

Сюэфенг Гао из Института Химии Китайской Академии Наук (Пекин) и Лей Цзиан из Национального Центра по нанонауке и нанотехнологиям (Пекин) с помощью специальной камеры исследовали особенности соприкосновения ноги водомерки с водой. Удивительно, но конечность не пробивает поверхность воды, пока не сформируется впадина глубиной примерно 4.4 мм. Максимальная сила поддержки, действующая на ногу, достигает 152 дины, в 15 раз больше, чем вес тела насекомого. Значит, нога обладает сильными водоотталкивающими свойствами.

Для сравнения ученые провели эксперимент с "модельной" ногой из кварца приблизительно одинаковой формы и размера. Такая "нога" была покрыта водоотталкивающим веществом гептадекафлуородецилтриметоксиланом. На такую ногу со стороны воды действовала сила поддержки всего 19.05 дин. Это где-то на грани. Достаточно, чтобы "воображаемое насекомое" удержалось на воде, но недостаточно, чтобы оно свободно двигалось по водной глади.

Кстати, искусственная нога образует с поверхностью угол в 109^o, тогда как реальная конечность насекомого, по расчетам китайцев, должна образовывать угол в 150^o. Ученые проверили это предположение. Оказалось, что образуемый угол аж 167^o.

Исследователи решили понять причины такого "супер-водоотталкивающего" эффекта ноги насекомого. Сделали экстракт из кутикулы насекомого и проверили его на водоотталкивание. Искусственная "нога" с таким покрытием образует с водной поверхностью угол в 105^o. Этого явно недостаточно для объяснения наблюдаемых в живой природе эффектов.

Китайцы перешли к изучению тонкой морфологической структуры конечности. Сканирующая электронная микроскопия показала, что поверхность конечности насекомого покрыта иерархически организованной системой ресничек. Их диаметр варьирует от 3 микрометров до нескольких сотен нанометров. Большая часть щетинок около 50 микрометров длиной и отходят от конечности примерно под углом 20^o. Между щетинками образуются микрополости с воздухом.

Получается, что конечность насекомого в зоне соприкосновения с водой имеет гетерогенную поверхность – твердый материал щетинок и микрополости, заполненные воздухом. Такая гетерогенная структура обладает сильными водоотталкивающими свойствами. Китайские ученые надеются, что их открытие поможет созданию новых водоотталкивающих материалов.

Источник новости: Xuefeng Gao, Lei Jiang. Water-repellent legs of water striders. Nature. Vol 432. November 2004. p 36.

Пересказал А.Ермаков