Kontrola lotu u muszek: tylko projekt

Aerodynamiczne zdolności owadów od dawna budziły zainteresowanie badaczy. Szybkość reakcji i zdolność do gwałtownego zmiany kierunku lotu znacznie przewyższa wszystko, co dotychczas wytworzono na polu latających miniaturowych robotów. Niedawny artykuł, opublikowany w PNAS, rzuca więcej światła na system kontroli lotu u dobrze znamych biologom muszek owocowych. ^[1] Naukowcy doszli do wniosku, że badany wcześniej system sterowania lotem, bazujący na bodźcach wizualnych nie może w pełni wyjaśniać w jaki sposób owady te utrzymują stabilność lotu w obliczu nieprzewidywanych, gwałtownych perturbacji.

„Zachowania korekcyjne zwykle bazują na wzroku. Jednak dla muszek owocowych czas reakcji na bodźce świetlne wynosi przynajmniej 10 uderzeń skrzydłami, a zatem owady te muszą stosować szybsze sensoryczne układy, by reagować na krótkie zaburzenia lotu i perturbancje”.

Ruchy ciała muszek są mianowicie wykrywane przez umieszczone za skrzydłami przezmianki: „niewielkie wibrujące organy [...] działające jak sensory żyroskopowe. Anatomiczne, mechaniczne i behawioralne świadectwo wskazuje, że przezmianki służą jako detektory prędkości kątowej, które szybko wyzwalają akcje mięśni". Badacze następująco opisują zasady projektu w tym systemie sterującym:

„Odkrycia te sugerują, że owady te stosują korekcyjną odpowiedź lotu poprzez użycie autostabilizacyjnego sprzężenia zwrotnego, w którym wykryta prędkość kątowa służy jako dane wejściowe dla kontrolera lotu. [...] Prędkość jest wykrywana przez przezmianki, przetwarzana przez nerwowy kontroler a wynik przekładany przez system napędu lotu na określone ruchy skrzydeł, które generują aerodynamiczny moment obrotowy”.

Przezmianki to organy występujące tylko u muchówek (Diptera). Omawiane badania generują pytania o autostabilizacyjne techniki lotu u przedstawicieli innych grup i jak takie systemy mogą zostać inkorporowane w projektach miniaturowych latających robotów:

„Zasady kontroli lotu odkrywane u tych modelowych organizmów mogą mieć także szersze zastosowanie, a ta praca dostarcza wzorca dla przyszłych studiów w określaniu czy inne organizmy stosują autostablizację lotu. Jest prawdopodobne, że strategie kontrolne u różnych organizmów mają wspólne cechy, ponieważ fizyka rotacji ciała jest podobna u wielu zwierząt podczas lotu z użyciem skrzydeł. Dodatkowo, zwierzęta, które nie posiadają przezmianków mogą używać ich funkcjonalnych odpowiedników w postaci mechasensorycznych struktur, jak czułki. I w końcu - architektura systemów sterowania u muszki owocowej oferuje wzorzec dla stablilizacji bardzo zwrotnych latających maszyn, które do lotu używają skrzydeł".

Omawiany artykuł ukazuje kolejne zastosowania metodologii projektu w biologii: badanie różnych cech organizmów w oparciu o projekt jest fundamentem współczesnej biologii i podstawowym warunkiem owocności takich badań. Nie znaczy to, że autorzy artykułu są automatycznie zwolennikami teorii inteligentnego projektu. Ale nawet jeśli nie są, w swoich badaniach stosują metodologię projektu - inaczej się po prostu nie da.

Ktoś ma jeszcze wątpliwości, że w biologii nic nie ma sensu poza projektem?

---------------------------------------------------

Przypisy:

^[1] Ristroph, L. Bergou, A.J., Ristroph, G., Coumes, K., Berman, G.J., Guckenheimer, J. Wang Z.J. and Cohen, I. " Discovering the flight autostabilizer of fruit flies by inducing aerial stumbles". Proceedings of the National Academy of Sciences, 16 March 2010, vol. 107, s. 4820-4824.