Nguồn: Kazuya Saito, Shuhei Nomura, Shuhei Yamamoto, Ryuma Niyama, and Yoji Okabe. 2017. Investigation of hindwing folding in ladybird beetles by artificial elytron transplantation and microcomputed tomography. PNAS 30 May 2017; vol.114; no.22: 5624–5628

Ý NGHĨA KHOA HỌC

Cánh sau (hindwings) của bọ rùa (ladybird beetles) hoàn tất khả năng tiếp hợp của nó giữa các biến dạng (deformability or instability) rất cần một kiểu xếp cánh sao cho nó luôn ổn định về lực đập cánh khi nó bay. Nghiên cứu này chứng minh làm thế nào bọ rùa ghi nhận được hai yêu cầu rất xung khắc này thông qua kỹ thuật chưa có tiền lệ với những cánh nhân tạo. Theo đó, nó làm rõ tiến trình xếp cánh một cách rất chi tiết và nhấn mạnh cấu trúc có tính chất hỗ trợ vô cùng tích cực ấy, cung cấp cho chúng ta kiến thức ban đầu rất có giá trị để xem xét hệ thống tối ưu nhất đã tiến hóa trong tự nhiên như thế nào. Nghiên cứu những đặc điểm trong sự phân bố gân cánh (venations) và các nếp gấp của cánh theo nghiên cứu này có thể cung cấp cho chúng ta một phương pháp thiết kế cách tân, cho phép hợp nhất giữa tính ổn định về kiến trúc và tính biến dạng rất linh hoạt, từ đó, người ta có thể tạo ra một tác động mong muốn trong khoa học chế tạo máy móc.

TÓM TẮT

BỌ RÙA (ladybird beetles) là loài côn trùng có sức di chuyển xa và khai thác khoảng không gian vô cùng rộng lớn, bằng động tác di chuyển thông qua bay và đi. Hệ thống thay đổi cực kỳ tuyệt hảo của đôi cánh cho phép loài côn trùng này có đời sống như mong muốn để cung cấp cho các nhà khoa học cơ khí học tập cách áp dụng cho máy công nghiệp. Tuy nhiên, cơ chế bên trong việc gấp xếp cánh dưới (hindwings) vẫn còn chưa được biết thấu đáo. Bởi vì, bọ rùa đóng cánh elytra (elytron số ít) (cánh trên, cứng) trước khi xếp cánh lại hoàn toàn, không cho phép người ta quan sát chi tiết cái gì xảy ra bên dưới cánh “elytra”. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta làm ra cánh elytra nhân tạo, trong suốt rối cấy vào cơ thể bọ rùa còn sống, để người ta có thể quan sát được chi tiết xảy ra dưới cánh elytra ấy ro bọ rùa xấp cánh vào. Kết quả ghi nhận rằng chuyển động của cơ bụng đều có liên quan đến những nghiên cứu trước đó, bề mặt hông thân và bề mặt bụng dưới của “elytra”, cũng như đặc điểm các gân cánh hết sức sắc sảo, đóng vai trò quan trọng của cách xếp gấp cánh (wing folding). Cấu trúc của khung bộ cánh cho phép tiến trình gấp xếp lại cánh bọ rùa với chi tiết ảnh 3D của cánh dưới (hindwing), kết quả nghiên cứu còn được hỗ trợ bởi công cụ chụp “microcomputed tomography”. Vai trò của “tape spring-like elastic frame” (khung có tính chất đàn hồi giống như một thước dây bằng kim loại – tape spring, có thể bung ra, cuộn vào rất linh hoạt). So với những loài bọ rùa khác, cánh sau (hindwings) của bò rùa ladybird beetles có đặc điểm bởi hai tính chất gần như xung khắc: (i) tính cứng của cánh với các gân dầy và (ii) độ chặc trong hình dạng có vẻ bảo thủ của những nếp nhăn phức tạp. Tiến trình gấp xếp của cánh một cách chi tiết trong nghiên cứu này chỉ ra một kỳ vọng giúp chúng ta tối ưu hóa hệ thống theo thiên nhiên, áp dụng chúng trong công nghệ máy móc về cấu trúc tuyệt vời này.

Xem: http://www.pnas.org/content/114/22/5624.abstract.html?etoc

GS. Bùi Chí Bửu lược địch.

Hình. 1.

Tiến trình gấp xếp cánh bọ rùa. (A) Cánh dưới của C. septempunctata. (B) Những đường nếp gấp chính của “hindwing”. (C–G) Biểu hiện của tiến trình xếp mở cánh. (C) Cánh elytra đóng trước cánh hindwings,. (D) Cánh elytron, gấp xếp theo hướng ngang với các đường gấp hình tam giác giữa  MCL và RML. (E) PTF và ATF. (F) Vị tri  của PTF′

Xem video để hình dung rõ hơn

http://static-movie-usa.glencoesoftware.com/webm/10.1073/826/fe51d717f8b7e342b2e0180f7c421d63ece1430a/pnas.1620612114.sm01.webm

Movie S1. Wing-deploying motion of a ladybird beetle imaged with a high-speed camera. The hindwing deployment in the takeoff motion was very fast and completed within 0.1 s from the fully folded state.