Летучие мыши контролируют скорость полёта с помощью осязания

Мельчайшие волоски, покрывающие крылья летучих мышей, служат им важным аэродинамическим рецептором. Они чувствуют искажения потока воздуха, сообщая таким образом животному информацию о скорости полёта и турбулентных завихрениях вокруг.

Около 70 лет назад учёные узнали, что рукокрылые используют для ориентации в пространстве эхолокацию, и с тех пор летучие мыши как будто лишились прочих органов чувств: их ультразвуковое приспособление настолько всех заинтриговало, что обычные зрение-слух-осязание превратились для исследователей в скучную банальность. И зря - в журнале PNAS группа исследователей-нейрофизиологов из Университета Мэриленда (США) сообщает нам о том, как много в полёте этого животного зависит от мельчайших волосков, покрывающих его крылья.

Летучие мыши - единственные из млекопитающих, способные к активному полёту, и они достигли в этом деле поистине невероятных высот. Как выяснилось, в полёте они не только могут прощупывать окрестности с помощью своих "эхолокационных установок", но и напрямую чувствовать силу и направление потоков воздуха - летательные способности мышей сильно зависят от особых рецепторов в их крыльях.

Чтобы проверить это, учёные вводили в мозг животному микроэлектроды, позволяющие считывать активность нейронов, а затем фиксировали голову и крылья неподвижно на столе, абсолютно защищённом от вибраций. После этого на мышь направляли слабый поток воздуха. В результате исследователи наблюдали активность нейронов, относящихся к осязательной коре головного мозга. Но поток воздуха был слишком слабым, чтобы "побеспокоить" обычные осязательные рецепторы, и учёные пришли к выводу, что в данном случае задействован другой тип рецепторов, называемых клетками Меркеля; эти клетки возбуждались от движения микроскопических волосков, покрывающих крылья мышей. Когда эти волоски сбривали, нейроны в головном мозгу переставали реагировать на дуновения.

Ранее именно с этими волосками связывали способность мышей ориентироваться в темноте, но с открытием ультразвуковой эхолокации о них будто забыли.

Самыми чувствительными оказались волоски на задней части крыльев - их роль, скорее всего, состоит в улавливании турбулентных искажений в воздушном потоке позади летящей мыши, и в этом случае рецепторы сообщают животному о необходимости стабилизации полёта. Но такая осязательная система, которая чувствует скорость ветра, необходима не только в экстренных "турбулентных" случаях. Исследователи построили для летучих мышей целый искусственный лес со множеством препятствий: мыши должны были пролететь воздушный лабиринт, чтобы добраться до угощения. После того как животные выучили дорогу, их полёт снимался на плёнку до и после того, как у них удалили чувствительные волоски на крыльях. Мыши с "обритыми" крыльями начинали летать, во-первых, быстрее, а во-вторых, выполнять более широкие и осторожные развороты в полёте. По версии исследователей, с помощью рецепторов на крыльях животное чувствует воздушные завихрения у их поверхности и делает вывод, с достаточной ли скоростью оно летит. Таким образом, летучие мыши предотвращают то, что в аэродинамике называется сваливанием, - когда скорость самолёта падает настолько, что его перестаёт держать подъёмная сила. Без чувствительных волосков животному кажется, что оно вот-вот упадёт, и это заставляет его лететь быстрее и быть более осторожным в манёврах.

Свои исключительные способности к воздушной акробатике мыши могли развить только при наличии такой системы аэродинамического контроля, полагают учёные. Все эти зависания, пикирования, крутые повороты и проч. были бы невозможны без чувствительных волосков на крыльях. Исследователи проверяли, как будут вести себя быстролетающий кожан бурый Eptesicus fuscus и очковый листонос Carollia perspicillata, более склонный к неторопливому парящему полёту, если у них удалить волоски с крыльев. Оба показывали одинаковые изменения в полёте, что говорит об универсальности такой осязательно-аэродинамической системы у летучих мышей.

В аэродинамике для измерения скорости воздушного потока используются устройства на основе трубки Пито, но и они не всегда способны вовремя предотвратить фатальное падение скорости самолёта и его последующее сваливание. Возможно, как полушутя комментируют свои результаты авторы работы, летучие мыши могли бы подкинуть авиаконструкторам на этот счёт пару идей.

Подготовлено по материалам Nature News.