Одноклітинний круглий черв’як Steinernema carpocapsae використовує електростатику як ефективну зброю для полювання на літаючих комах.
У дослідженні, опублікованому в Proceedings of the National Academy of Sciences, вчені з Еморійського університету та Каліфорнійського університету в Берклі встановили, що ці мікроскопічні паразити здатні стрибати на висоту, яка у 25 разів перевищує їхню довжину. Такий стрибок можливий завдяки електростатичному притяганню до заряджених тіл комах. «Вищі напруги разом з легким подихом вітру значно підвищують ймовірність контакту черв’яка з мішенню», – пояснює Джастін Бертон, професор фізики з Еморійського університету. Це дослідження відкриває нову сферу — електростатичну екологію.
«Можна очікувати великі відкриття у великих тваринах, але маленькі теж приховують чимало секретів», – зазначає Віктор Ортега-Хіменес, співавтор та експерт з біомеханіки. У ході експериментів виявили, що рух крил комах викликає накопичення заряду у сотні вольт. Внаслідок цього в черв’яків виникає індукований заряд, що призводить до притягання. Цей процес називається електростатичною індукцією.
Паразитичні черв’яки використовуються в сільському господарстві як біологічна зброя проти шкідників. При попаданні в тіло комахи вони вивільняють симбіотичні бактерії, які знищують господаря за 48 годин. «Ці нематоди — одні з найменших, але найефективніших стрибунів у світі», – додає Ортега-Хіменес. Під час стрибка вони здатні обертатися з шаленою швидкістю — до 1000 обертів за секунду.
Проведення експериментів вимагало делікатного налаштування умов. Дослідники моделювали природні ситуації, прикріплюючи тонкий провід до спинки кожної плодової мушки, щоб точно керувати її зарядом. «Приклеїти дріт до мушки — завдання не з легких», – жартує науковець. Додатковим стимулом для стрибка був легкий подих повітря чи механічне подразнення.
Щоб проаналізувати стрибки, було використано математичну модель Markov chain Monte Carlo (MCMC) — метод ймовірнісної оцінки результатів. Аналіз виявив, що без електростатики успішним був лише один стрибок з 19. При заряді 800 вольт ймовірність зростала до 80%, що відповідає звичному рівню електричного заряду літаючих комах. «Без електростатики еволюція такого способу полювання не мала би сенсу», – підсумовує Ранцзяншан Ран.
Ці результати вказують на глибші зв’язки між фізикою і біологією. Модель, яку створили дослідники, підтвердила передбачення шотландського фізика Джеймса Клерка Максвелла 1870 року щодо індукції. «Часом робота вченого нагадує роботу археолога», – коментує Ран. Історичні теорії можуть знайти підтвердження в сучасних мікроскопічних дослідженнях.
Такі відкриття змінюють наше розуміння мікросвіту. Електростатичні сили, які для людини здебільшого є незручністю, у світі малих організмів — важливий екологічний фактор. «Ми живемо у світі електрики, але її роль у житті дрібних істот залишається загадкою», — підкреслює Ортега-Хіменес. Нові інструменти дозволяють глибше досліджувати взаємодію організмів із середовищем через електростатику.