В рамках Конкурсной программы "Школьной лиги РОСНАНО"

1. ЗАДАНИЕ 1
Лепидоптерология — раздел энтомологии, изучающий представителей отряда Чешуекрылые
насекомые (бабочки).
Воздушные бабочки, подобные облакам, дополняют многие интерьеры, создают ощущение
открытого пространства, воздуха, ощущение движения и полета.
Цвет, узор и уникальное строение крыльев бабочки привлекает внимание человека уже много
веков. В разных культурах бабочка – символ бессмертия, изобилия и влюбленности. Сегодня
бабочки становятся модным элементом декора. Изображение порхающих бабочек преображает
интерьер и вносит особое настроение в атмосферу всего дома.
Уникальная спинка для кровати, разработанная инновационной итальянской компанией Adele-C,
будет для людей прекрасным решением дополнения своего интерьера. Дизайнеры Adele-C
назвали своё детище «Mariposa», что в переводе с испанского означает «Бабочка». Такое
название не случайно, ведь идея и форма этой волшебной спинки навеяна безупречной красотой
крыльев бабочки, порхающей под утренними лучами солнца.
Швейцарская часовая компания ArtyA представила свою уникальную и неповторимую коллекцию
наручных часов, на создание которых СЕО компании Ивана Арпу вдохновила такая интересная
сфера деятельности, как лепидоптерология. Иван Арпа поместил под сапфировое стекло самые
очаровательные элементы тела бабочек. Мастер собрал засушенные крылья разных видов этих
насекомых, тщательно подобрал цвета и составил из них невероятный коллаж прямо на
циферблате часов. Эти органические материалы часовщик выбирал вручную, поэтому каждая из
моделей часов характеризуется уникальным дизайном.
Многие Сочинские олимпийские объекты очень похожи на поверхность крыльев бабочек. Так,
например, ледовый дворец "Айсберг" сделан из многочисленных цветных стекол, которые
напоминают чешуйки бабочки.
Также впервые при строительстве такого масштабного здания как «Фишт» была использована
полупрозрачная поликарбонатная кровля, что придает ему образ крыла бабочки.

2. ЗАДАНИЕ 2
Крылья бабочек Papilo творят чудеса со светом: под одним углом они выглядят так, а под другим –
иначе. Физики из Китая и Малайзии выяснили, что небольшие отличия в структуре крыльев
определяют разнообразие их видимых оттенков у парусников.
«Удивительно видеть, как природа создает наноструктуры, которые людям непросто воссоздать»,
– говорит физик Кок ВайЧи из Гонконгского баптистского университета, который вместе с
коллегами изучил у бабочек механизм формирования цвета крыльев.
Три тропические бабочки используют для этих целей иризацию – оптический эффект,
выражающийся в смене цвета при изменении угла зрения. Крылья парусника Блюме (Papilio
blumei) при взгляде сверху имеют зеленый оттенок, у его «кузена» P. peranthus – желто-зеленый, а
у парусника Улисса (P. ulysses) – бирюзовый. И все три, если смотреть под острым углом,
приобретают синий цвет крыльев.
На поперечном сечении крылышек под сканирующим электронным микроскопом видно, что
кутикулярные слои из клеток с жесткими оболочками чередуются с воздушными прослойками, в
которых также попадаются кутикулярные клетки. В целом чешуйки приобретают
кристалловидную структуру, похожую на ту, что имеется в распределено брэгговском отражателе
– многослойном «зеркале» с меняющимся показателем преломления.
Измерив длины волн, отражающихся от крыла под разными углами обзора, исследователи
обнаружили, что отличия в цвете крыльев бабочек обусловлены различиями в строении –
например, у P. ulysses 7 кутикулярных слоев, а у P. peranthus – 8. Также влияют толщина этих
слоев, как и воздушных прослоек. Несмотря на то, что отличия очень небольшие, именно они
определяют особенности внешности бабочек, подчеркивает Чи.
Физик полагает, что полученные знания пригодятся для разработки новых дизайнерских
материалов, которые не нужно будет окрашивать в какой-то определенный цвет. К примеру, один
и тот же предмет одежды сможет днем и вечером выглядеть по-разному. «Вам всего лишь надо
будет подрегулировать структуру, чтобы она воспроизвела цвет, который вам нужен», – говорит
Чи.
Теперь ученые планируют изучить механизмы цветообразования у других насекомых, в частности,
их интересует металлический эффект, вызываемый иризацией надкрыльев у жуков.
Изучение структуры чешуйчатого покрытия крыльев бабочек позволило нанотехнологам
разработать наноразмерные фотонные устройства, которые планируется использовать в
оптических волноводах.

3. Задание 3
Как оказалось, чешуйки на крыльях этих насекомых переливаются разными цветами не только в
зависимости от того, под каким углом на них падает освещение, но и от того, какова толщина
чешуи в данной области крыльев. Это может помочь в маскировке оружия, пушек, танков и
прочего снаряжения.
Двухслойный покров чешуек увеличивает подъемную силу крыла в планирующем полете,
защищает бабочку от переохлаждения, уменьшает шум и вибрацию при машущем полете, а также
поглощает эхолокационные сигналы летучих мышей. Кроме того, чешуйки защищают крыло от
повреждений (при ударе крыла о лист растения или о каплю смолы чешуйки отламываются,
снижая силу удара и не давая крылу приклеиться к коре деревьев) и способствуют стеканию
статического электричества.
Чешуйчатое строение у бабочек возникло в юрском периоде более 200 млн лет тому назад. За
долгий путь эволюции оно развилось до высокой степени совершенства, что позволяет чешуйкам
выполнять столь разнообразные функции, служащие одной цели - сохранению жизни насекомого.
Ярчайшим примером разнообразия являются крылья бабочек. Они ошеломляют своим
полиморфизмом, своей полихромией. Б.Н. Шванвич нашел в этом разнообразии единство. Он
выявил универсальный прототип, лежащий в основе рисунка, реализующегося у всех
чешуекрылых. Это как бы порождающая матрица разнообразия; или его паттерн – гештальт –
парадигма. Б.Н. Шванвич называет прототип «абстрактной конструкцией». В ее построении
ведущую роль играла интуиция ученого. За частным он умел прозревать общее. Начав с
нимфалид, Б.Н. Шванвич вывел прототип для всех дневных бабочек, а потом распространил свой
принцип и на Heterocera. В конечном счете был охвачен весь отряд. Всего ученый выявил 6
прототипов. Как он пишет, «объединение всех прототипов в одну схему технически невозможно»,
но это трудность именно графического представления, не более того. В самом деле, если у
Rhopaloceraдискальное пятно D2 экстрамедиально, то у Heterocera, при несомненной гомологии,
оно занимает интромедиальное положение. На одном чертеже совместить то и другое
невозможно. Но компьютер легко решил бы эту задачу. Остановившись перед ней, Б.Н. Шванвич
все же говорит о том, что у всех 6 прототипов есть общая основа. Вот ее ключевые черты:
1) три широкие поперечные полосы;
2) умбры в промежутках между ними;
3) три пятна дискальной системы.

4. Задание 4
ЭНТОМОФИЛИЯ - приспособленность растений к опылению с помощью насекомых
(энтомофильные растения). Основные признаки энтомофильных растений: яркий венчик, тычинки
находятся внутри цветка, рыльца пестиков небольшие, пыльцы немного, она липкая, крупная; у
многих цветков приятный запах, имеются нектарники. К энтомофильным растениям относятся
овощные, плодовые, ягодные, цветочные культуры, многие дикорастущие травы, обладающие
указанными признаками.
Фермеры, будучи профессионалами в области сельского хозяйства, очень хорошо знают, что такое
энтомофилия. Именно поэтому они, как правило, к бабочкам относятся гораздо лучше, чем к их
личинкам - гусеницам. Хотя ни к тем, ни к другим особой любви не испытывают. На основе
феромонов бабочек учёные уже сегодня разработали весьма эффективные способы борьбы с
бабочками. С помощью приманок - феромонов, бабочек можно собрать в одном месте
(локально) и быстро уничтожить. Таким образом, быстро избавится от гусениц, не обрабатывая
поля химикатами.
Есть вещества отпугивающие бабочек, и если ими обработать растения бабочки на них не будут
оставлять гусениц. Это сигналы опасности, наличия угрозы. Их можно использовать для
отпугивания бабочек.
Как правило, если на листьях растения уже отложены яйца бабочек, они параллельно
маркируются веществами, говорящими о том, что это место уже занято. Их можно использовать
для отпугивания бабочек.
У некоторых бабочек, гусеницы являются хищницами. Например, есть гусеницы, которых
питающиеся тлёй (сельскохозяйственный вредитель). Таких бабочек можно использовать для
биологической борьбы с насекомыми вредителями.
Тутовый шелкопряд (лат. Bombyx mori) — это бабочка из семейства «настоящие шелкопряды»,
играющая важную экономическую роль в производстве шёлка. Её разводят специально ради
получения шелковой нити и производства шелка. Энтомофагия (поедание насекомых) является
широко распространённым явлением по всему миру. Гусениц некоторых бабочек употребляют в
пищу, следовательно, специально разводят. Например, бабочек Сатурний пандоры (Coloradia
pandora). Используя специализирующиеся на определённых видах растений виды
растительноядных насекомых можно осуществлять «биологическую прополку», т.е. избирательно
уничтожать сорняки на полях.

5. Задание 5
Исследователи из США разработали гибкий зонд для отбора крошечных объемов жидких проб,
взяв в качестве инженерной идеи строение хоботка бабочек. Для отбора образцов опасных
жидкостей новый зонд может управляться дистанционно.
Исследователи из группы Константина Корнева (Konstantin Kornev) из Университета Клемсона
поставили пред собой задачу создания системы отбора исключительно небольших количеств
жидкости. Желательно было бы, чтобы проба была бы гибкой и простой в использовании. После
наблюдения за питанием бабочек и изучения строения хоботков этих насекомых исследователи
решил создать искусственную версию хоботка насекомых.
Корнев отмечает, что в составе хоботка бабочек существует два типа пор – очень маленькие для
забора жидкости, и большие по размеру, с помощью жидкость поднимается по хоботку примерно
так, как мы забираем жидкую пробу с помощью пипетки. Для создания подобия этой системы
исследователи взяли «связку» пористых полимерных волокон и сплели их в единую нить с
помощью специально модифицированной для получения нового пробоотборника методики
электропрядения.
Для управления новой системой отборы пробы и облегчения ее ориентации на соответствующую
цель – каплю жидкости или даже единичную клетку или железу исследователи из группы Корнева
внедрили в пористый полимер магнитные частицы, позволяющие управлять искусственным
хоботком с помощью магнитного или электрического поля. Гибкость нового устройства позволяет
прикрепить его к микрокапиллярной системой, позволяющей отбирать пробы из
труднодоступных участков – определенных элементов мест преступления или просто опасных
жидкостей.

6. Задание 6
Личинки восковой моли – единственные на нашей планете живые существа, кто питается воском,
но это не чистый воск, а пропитанные всеми продуктами пчеловодства соты, содержащие все
витамины и микроэлементы. В этих удивительных существах природой закодирована великая
биологическая тайна, невероятная мощь и способность восстанавливать огромное количество
процессов в человеческом организме. Еще в древнем Египте жены фараонов использовали
производные личинок восковой моли для сохранения красоты и продления молодости.
Промышленное производство экстракта пока еще не налажено, поскольку личинки восковой
моли в достаточном для этого количестве нигде не выращиваются. Пчеловоды всегда вели борьбу
с восковой молью – ведь она опасный вредитель, наносящий огромный ущерб пчеловодству.
Паразитируя в пчелином улье ее личинки, уничтожают мед и соты, только одно поколение
личинок бабочки восковой моли способно уничтожить до 20 килограмм воскового сырья.
Бабочки из рода Galleria могут принести пользу олимпийским спортсменам:
1) Экстракт личинок восковой моли увеличивает содержание гликогена в сердечной мышце
печени, что ведет к увеличению их функциональной устойчивости.
2) Экстракт восковой моли повышает количество пировиноградной и снижает количество
молочной кислоты в тканях сердца и аорты, вследствие чего происходит активизация аэробных
процессов в этих органах;
3) Экстракт восковой моли усиливает силу сердечных сокращений на 25 - 55 % и повышает
устойчивость сердечной мышцы к искусственной ишемии в 2 - 3 раза, начиная со второй - третьей
недели его применения;
4) Экстракт личинок восковой моли снижает артериальное давление на 10 - 15 %, начиная с
третьей недели его применения. Все это позволило ученым сделать следующее заключение:
спиртовой экстракт личинок восковой моли, традиционно используемый в народном
целительстве, обладает адаптогенными, кардиотропными, гипотензивными и антикоагулянтными
свойствами, что позволяет применять его как эффективное средство лечения и профилактики
сердечнососудистых заболеваний.
Применение экстракта личинок восковой моли совместимо с проведением антибактериальной
терапии, при этом повышается эффективность применения антибиотиков и уменьшается риск
возникновения аллергических реакций. Как мощный антиоксидант, препарат увеличивает
сопротивляемость ткани легких и других органов к туберкулезной инфекции, препятствуя ее
распространению и образованию новых очагов поражения в организме.

7. ВОПРОС 7
Ученые, изучающие тропических бабочек, создали модель их крыльев, используя технологию,
которая поможет бороться с фальшивомонетчиками. Яркие цветные узоры на крыльях образуются
при помощи света, отражающегося от микроскопических структур.
После тщательного изучения индонезийской бабочки Papilio blumei ученые обнаружили, что
структура крыльев напоминает по форме упаковку для хранения яиц. Благодаря такой форме и
слоям воздуха и эпидермиса рисунок на крыльях бабочки обладает исключительной
насыщенностью цвета. Для достижения подобного эффекта ученые Кембриджского университета
использовали нанотехнологии, включавшие в себя напыление слоев атомов. Искусственные
структуры смогут найти применение при шифровке оптических подписей на банкнотах и других
документах во избежание подделки.
В олимпийском сочи данную технологию можно было бы применить для обнаружения
фальшивых билетов, а также фальшивых денег.