Паразитичні черви стрибають на жертву за допомогою статичної електрики

Фізика на мікроскопічному рівні демонструє дивовижні явища. Для крихітних істот, що живуть у цьому масштабі, саме ці особливості дозволяють їм процвітати попри свої розміри. Серед таких створінь виділяється черв'як, якого дослідники називають одним із найменших та найкращих стрибунів у світі.

У новому дослідженні, опублікованому в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, науковці вивчили незвичайну фізику механізму зарядження черв'яка, який дозволяє паразитичному круглому черву S. carpocapsae стрибати на літаючу здобич, використовуючи статичну електрику.

Коли крихітний черв'як, або нематода, відчуває комаху, що пролітає над ним, він згортається в петлю і стрибає на висоту до 25 разів більшу за довжину свого тіла. За словами дослідників, це еквівалентно тому, як людина стрибає вище за десятиповерховий будинок. Під час стрибка нематоди можуть обертатися зі швидкістю до 1000 обертів на секунду.

Віктор Ортега-Хіменес, старший автор дослідження та біолог з Каліфорнійського університету в Берклі, зазначив, що ці нематоди є одними з найменших та найкращих стрибунів у світі. За його словами, можна очікувати великих відкриттів у великих тварин, але крихітні істоти також приховують багато цікавих таємниць.

Ранджіангшанг Ран, співавтор дослідження та постдокторант з Університету Емері, додав, що використовуючи фізику, команда дізналася щось нове та цікаве про адаптивну стратегію в організмі.

Статична електрика відноситься до накопичення електричного заряду на поверхні, що може призвести до швидкого короткочасного розряду, коли дві поверхні труться одна об одну. Команда, що стоїть за новими відкриттями, раніше проводила дослідження ролі статичної електрики в різних стратегіях виживання дикої природи.

Наприклад, кліщі використовують статичну електрику в хутрі тварини, щоб піднятися на неї, тоді як павутиння електростатично захоплює здобич, використовуючи подібні принципи. На основі цієї роботи дослідники розробили метод контролю електричного потенціалу крихітних створінь, що дозволило їм вивчити аеродинаміку нематод.

Для експерименту дослідники відзначили, як дрозофіли, звичайний господар для нематод, генерують сотні вольтів у повітрі просто махаючи крилами. Щоб виміряти та контролювати точну напругу, команда приклеїла крихітні дроти до спини кожної дрозофіли.

Що стосується нематод, команда використовувала зволожений папір для створення умов, що стимулюють стрибки черв'яків, даючи їм подув повітря як заохочення перед стрибком. У деяких експериментах крихітна аеродинамічна труба додавала легкий вітерець до середовища, щоб відтворити більш природні умови.

Стрибки записували за допомогою спеціальної високошвидкісної камери, яка фіксувала мікроскопічні траєкторії черв'яків зі швидкістю 10 000 кадрів на секунду. Потім команда запустила обчислювальні алгоритми для можливих факторів розрахунку траєкторії черв'яка, таких як загальна напруга, швидкість запуску або сила опору, типові показники для літаючих об'єктів.

Вони виявили, що дрозофіла, яка генерує кілька сотень вольтів, змушувала черв'яка, що стрибає, створювати протилежний заряд. Це згодом збільшувало шанси черв'яка успішно приземлитися на свою здобич. Однак без електростатики лише одна з 19 траєкторій черв'яка досягала комахи.

Черв'яки ризикують багато чим під час стрибка, оскільки сам акт витрачає багато енергії та наражає їх на ризик хижацтва або висихання в повітрі. Це свідчить про те, що без електростатики не мало б сенсу, щоб така стрибаюча хижацька поведінка еволюціонувала в цих черв'яків, пояснив Ран.

Після приземлення події набувають макабричного повороту, принаймні з точки зору нового господаря. Після приземлення черв'яки проникають у тіло комахи через будь-який природний отвір. Потім вони вивільняють симбіотичні бактерії, які швидко вбивають господаря, зазвичай протягом 48 годин. Паразит продовжує харчуватися бактеріями та господарем після смерті, відкладаючи яйця в трупі.