Самая темная тайна мутилидов: как ультрачерные животные вдохновляют технологии

Очень немногие люди приняли вызов изучать мутилид. Эти насекомые, широко известные как бархатные муравьи, настолько же интересны, насколько и сложны для исследования. Как сказано в классическом труде о них: «Ни один [вид перепончатокрылых] не может подарить больше часов очарования и разочарования, чем бархатные муравьи».

Хотя их тело и выглядит бархатистым из-за густого слоя волос, они не являются настоящими муравьями, поскольку являются более близкими родственниками ос. В настоящее время семейство Mutillidae насчитывает 4693 вида, но о подавляющем большинстве из них у нас нет информации .

Причины кроются в их биологии. У самцов и самок наблюдается ярко выраженный половой диморфизм : самки бескрылые и крупные, в то время как самцы имеют крылья и обычно меньше. Это затрудняет таксономию, поскольку зачастую один и тот же вид описывается как разные роды.

Самки ищут гнезда других насекомых, например, одиночных ос, чтобы отложить яйца. После вылупления личинки питаются куколкой хозяина, действуя как паразиты . Такое поведение также усложняет его изучение, поскольку требует наблюдения и понимания взаимодействий между видами в их естественной среде обитания. Кроме того, их уединенный образ жизни особенно затрудняет их обнаружение.

Однако есть люди, для которых трудности не являются разочарованием, а, наоборот, привлекают. Таков случай Винисиуса Лопеса, энтомолога из Федерального университета Горнодобывающего треугольника в Бразилии. Как он рассказал изданию EL PAÍS: «Когда вы изучаете мутилидов, каждое открытие, кажется, ставит больше вопросов, чем дает ответов . Это чувство таинственности и постоянная необходимость их понять для меня совершенно очаровательны».

В частности, существует вид Traumatomutilla bifurca , который привлек его внимание своей необычной черно-белой окраской. «Во время экспедиции в национальный парк Шапада-дус-Гимарайнс я увидел этот вид, гуляющий по светлому песку, и у меня сложилось впечатление, что белые полосы плывут, как будто черных частей не существует», — объясняет Винисиус Лопес. «Это был момент, который я никогда не забуду».

Спустя годы в его лабораторию прибыл спектрометр, который мог измерять свет, отраженный различными поверхностями, и он со своей командой решили измерить содержание черного цвета в кутикуле T. bifurca . В рамках калибровки этот прибор включает в себя конкретные эталоны для белого (представляющего максимальное отражение) и черного (минимальное отражение) цветов. Они обнаружили, что черный цвет от T. bifurca отражал меньше света, чем черный калибратор в спектрометре. «Это открытие подтвердило нам, что мы имеем дело с уникальным явлением, достойным изучения », — говорит энтомолог.

Винисиус и его команда обнаружили цвет, известный как ультрачерный, который характеризуется отражением менее 0,5% падающего света. В природе этот цвет встречается крайне редко и встречается лишь у нескольких животных, таких как павлин-павлин ( Maratus tasmanicus ), райская птица ( Lophorina niedda ), габонская гадюка ( Gaboon viper ) или греческая башмачковая бабочка ( Catonephele numilia ).

У каждого животного этот цвет развился независимо и дает им различные эволюционные преимущества. У пауков-павлинов и райских птиц ультрачерный цвет подчеркивает другие яркие цвета, усиливая визуальный контраст и привлекая партнеров. У габонской гадюки это позволяет ей лучше регулировать температуру и маскироваться, а у греческой башмачковой бабочки это помогает ей сбивать с толку хищников.

В случае Traumatomutilla bifurca функция ультрачерного цвета не совсем ясна. Половое поведение мутилид до сих пор плохо изучено, но, по-видимому, окраска самок не привлекает самцов. Вместо этого это может помочь им избежать хищников.

Мутилиды известны своимистратегиями борьбы с хищниками . Самки похожи на маленькие бронированные танки: у них невероятно прочный экзоскелет и очень мощное ядовитое жало. Кроме того, они имеют схожую окраску с другими видами в их среде обитания, которые также ядовиты. Это явление известно как мюллерова мимикрия. Любопытно, что практически не наблюдалось никаких взаимодействий между этими муравьями и насекомоядными хищниками. Как объясняет Винисиус Лопес, «остается загадкой, кто является их естественными хищниками, что делает их изучение еще более интригующим».

Однако не все тайны, связанные с мутилидами, до сих пор остаются неразгаданными. Используя передовые методы, такие как сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) и просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), Винисиус Лопес и его команда выяснили, как этим насекомым удается создавать такой темный цвет. Недавно они опубликовали свои результаты в журнале Belstein Journal of Nanotechnology .

Поверхность кутикулы T. bifurca покрыта густым слоем шипов, которые действуют как световые ловушки, направляя свет в кутикулу. Под этим поверхностным слоем находится ряд перекрывающихся листов, образующих трехмерную сеть. Такое расположение еще больше увеличивает поглощение света, поскольку свет многократно отражается внутри пластинок, пока наконец не поглощается пигментами, вероятно, меланином. Это идеальное сочетание наноинженерии и биохимии.

Подобные исследования открывают возможности для практического применения в технологиях. Науке уже удалось воспроизвести эти механизмы в лабораториях с использованием углеродных нанотрубок и структур, подобных структурам этих животных. По словам Станислава Горба, профессора Зоологического института Кильского университета и одного из ведущих специалистов по биомиметическим материалам, одно из наиболее успешных их применений — в оптических приборах, таких как микроскопы и телескопы, где ультрачерные поверхности уменьшают внутренние отражения, улучшая качество получаемых изображений.

Например, Vantablack , один из самых известных ультрачерных материалов, дебютировал в космосе в 2015 году, покрывая звездный датчик на микроспутнике Kent Ridge 1. Хотя это кажется темной средой, космос очень яркий. Ventablack поглощает свет, попадающий на датчики трекера, улучшая его способность отслеживать положение относительно звезд.

Станислав Горб считает, что одним из самых перспективных направлений развития ультрачерного цвета является его применение в солнечных батареях. По сравнению с существующими покрытиями, которые могут отражать часть падающего света, ультрачерный цвет гарантирует, что практически вся доступная световая энергия будет уловлена ​​фотоэлектрическими элементами. В долгосрочной перспективе эта технология может сыграть ключевую роль в повышении эффективности возобновляемой энергетики, способствуя разработке более устойчивых и конкурентоспособных решений.

Когда Винисиус Лопес впервые столкнулся с T. bifurca на белом песке, он, вероятно, не думал о телескопах или солнечных батареях. Его интерес к мутилидам был обусловлен не чем иным, как желанием понять животных, которые отказываются раскрывать свои секреты. Но в природе все взаимосвязано, и самая темная тайна насекомого может стать источником вдохновения для любопытного примата, отправившегося в космос.