Вивчення мутилідів

Існує дуже мало людей, які прийняли виклик вивчати мутилідів. Ці комахи, відомі як оксамитові мурахи, настільки цікаві, як і важкі для дослідження. Як зазначено в класичному дослідженні: «Жоден [вид перетинчастокрилих] не може принести більше годин захоплення та розчарування, ніж оксамитові мурахи». Хоча вірно, що вони виглядають оксамитовими завдяки щільному покриттю волосся, вони насправді не є справжніми мурахами, оскільки ближче пов'язані з осами. Наразі родина Mutillidae налічує 4693 види, але про величезну більшість з них ми не маємо жодної інформації.

Причини криються в їхній біології. Самці та самки мають екстремальний статевий диморфізм: самки безкрилі (без крил) і великі, в той час як самці мають крила і зазвичай менші. Це ускладнює їхню таксономію, адже часто один і той же вид описується як різні роди.

Самки можуть шукати гнізда інших комах, таких як одиночні оси, щоб відкладати свої яйця. Коли яйця вилуплюються, личинки живляться пупарем господаря, діючи як паразити. Ця поведінка також ускладнює їхнє вивчення, оскільки вимагає спостерігати за взаємодією між видами в природному середовищі. Більш того, їхній одиночний спосіб життя робить їх особливо важкими для виявлення.

Однак є люди, для яких труднощі, замість того, щоб бути стримувальними чинниками, стають привабливими. Це випадок Вінісія Лопеса, ентомолога з Федерального університету Тріанґло Мінеро в Бразилії. Як він розповідає Джерело новини: «Коли ти вивчаєш мутилідів, кожне відкриття здається відкриває більше запитань, ніж відповідей. Це відчуття таємниці і постійний виклик зрозуміти їх, на мою думку, абсолютно чарівні».

Конкретно, є один вид, що зветься Traumatomutilla bifurca, який привернув його увагу своєю незвичною білою та чорною забарвленням. «На експедиції в Національному парку Шапада душ Гімарайнс я побачив цей вид, що йшов по світлому піску, і у мене було враження, що біло-чорні смуги плавають, ніби чорні частини не існують», — пояснює Вінісій Лопес, «це був момент, який я ніколи не забуду».

Через кілька років до його лабораторії надійшов спектрометр, який дозволяв вимірювати світло, яке відбивається від різних поверхонь, і він разом зі своєю командою вирішили виміряти чорний колір, присутній у кутикулі T. bifurca. Як частина своїй калібрування, цей інструмент включає специфічні посилання для білого (яке представляє максимум відбиття) та для чорного (мінімум відбиття). Вони виявили, що чорний T. bifurca відбиває менше світла, ніж чорний калібратор спектрометра. «Цей знахід підтвердив нам, що ми мали справу з унікальним феноменом, гідним дослідження», — каже ентомолог.

Те, що Вінісій та його команда знайшли, було кольором, відомим як ультра-чорний, що характеризується відбиттям менше 0,5% падаючого світла. У природі цей колір є надзвичайно рідкісним, він зустрічається лише у деяких тварин, таких як павук павича (Maratus tasmanicus), птахи раю (Lophorina niedda), габонська гадюка (Gaboon viper) або грецька метелик (Catonephele numilia).

Кожна тварина еволюціонувала з цим кольором незалежно й надає їм різні еволюційні переваги. У павуків павича та птахів раю ультра-чорний колір підкреслює яскраві кольори, збільшуючи візуальний контраст і приваблюючи партнерів. У габонській гадюці це дозволяє краще регулювати температуру та маскуватися, в той час як у грецької метелики це допомагає заплутати хижаків.

У випадку Traumatomutilla bifurca функція ультра-чорного кольору ще не зовсім зрозуміла. Статеві звички мутилідів досі добре не вивчені, але здається, що забарвлення самок не призначене для приваблення самців. Натомість це може допомогти їм уникнути хижаки.

Мутиліди відомі своїми антихижацькими стратегіями. Самки виглядають як маленькі броньовані танки: вони мають неймовірно міцний екзоскелет і дуже потужний отруйний жало. Більш того, вони ділять схожі кольорові патерни з іншими отруйними видами свого середовища, що відомо як міметизм мюллерів. Цікаво, що взаємодій між цими мурахами та хижаками, що їдять комах, практично не спостерігали. Як пояснює Вінісій Лопес, «досі залишається таємницею, хто є їхніми природними хижаками, що робить їх дослідження ще більш інтригуючими».

Проте з мутилідами не все — це нерозгадані загадки. Використовуючи такі передові техніки, як скануюча електронна мікроскопія (SEM) та трансмісійна електронна мікроскопія (TEM), Вінісій Лопес і його команда з'ясували, як ці комахи здатні виробляти настільки темний колір. Нещодавно вони опублікували свої результати в Belstein Journal of Nanotechnology.

Поверхня кутикулі T. bifurca покрита щільним шаром шипів, що діють як світлові пастки, спрямовуючи світло вглиб кутикулі. Під цим поверхневим шаром лежить серія накладених пластин, які формують тривимірну структуру. Ця конфігурація ще більше підвищує абсорбцію світла, оскільки світло відбивається кілька разів всередині пластин, поки, врешті-решт, не абсорбується пігментами, ймовірно, меланіном. Це ідеальне поєднання наноінженерії та біохімії.

Такі дослідження відкривають можливості для практичних застосувань у технології. Наука вже змогла відтворити ці механізми в лабораторіях, використовуючи вуглецеві нанотрубки та структури, схожі на ці тварини. За словами Станіслава Горба, професора Зоологічного інституту Кіля та одного з найбільших експертів з біоміметичних матеріалів, одне з найуспішніших їхніх застосувань - в оптичних пристроях, таких як мікроскопи та телескопи, де ультра-чорні поверхні зменшують внутрішнє відбиття, покращуючи якість одержуваних зображень.

Наприклад, Vantablack, один із найвідоміших ультра-чорних матеріалів, дебютував в космосі в 2015 році, покриваючи стежити зірковий мікросупутник Kent Ridge 1. Хоча виглядає, як темне середовище, космос дуже яскравий. Vantablack поглинає світло, яке попадає в сенсори трекера, покращуючи його здатність контролювати відносне положення до зірок.

Станіслав Горб вважає, що одним з найперспективніших досягнень ультра-чорного кольору є його застосування в сонячних панелях. У порівнянні з нинішніми покриттями, які можуть відображати певну частину падаючого світла, ультра-чорний забезпечить, щоб практично вся доступна світлова енергія потрапляла на фотоелектричні елементи. В довгостроковій перспективі ця технологія може відігравати ключову роль в покращенні результативності відновлювальних джерел енергії, сприяючи розвитку більш стійких та конкурентоспроможних рішень.

Ймовірно, коли Вінісій Лопес вперше зустрів T. bifurca на білому піску, він не думав ні про телескопи, ні про сонячні панелі. Його інтерес до мутилідів полягав тільки в тому, щоб зрозуміти ці тварини, які чинять опір виявленню своїх таємниць. Але в природі все пов'язано, і найтемніша таємниця комах може стати джерелом натхнення для допитливого примата, який вийшов у космос.