Никто в животном мире не может похвастаться ударом такой силы, как у креветки-богомола (Odontodactylus scyllarus). Это небольшое яркое ракообразное, которое также называют павиным раком-богомолом, раскалывает панцир добычи своим дактильным кийком со скоростью 23 метра в секунду. Этот удар, который ученые назвали «королевским», имеет силу в 1500 ньютонов.
Исследователей Северо-Западного университета (США) заинтересовало, как этим морским существам удается оставаться невредимыми после эффекта отдачи.
Что узнали ученые?
Один из секретов креветок-богомолов заключается в том, что их дактильные кийки имеют довольно интересную структуру. Она позволяет фильтровать удары, защищая животное.
По словам ведущего автора исследования, инженера-механика Орасіо Эспинозы, эти ракообразные известны своим невероятно мощным ударом, который разбивает раковины моллюсков и даже стекло аквариума. «Однако для многократного нанесения такого мощного удара палка павиного рака-богомола должна иметь надежный защитный механизм, который предотвращает самоушкодження», – отметил ученый.
Большинство предыдущих работ, посвященных Odontodactylus scyllarus, были сосредоточены на прочности палки и ее устойчивости к трещинам. При этом ее структуру рассматривали как укрепленный ударный щит, рассказало издание Science Alert.
«Мы обнаружили, что креветка-богомол использует фононные механизмы – структуры, которые выборочно фильтруют волны удара. Это дает креветкам возможность сохранять свою боевую способность при множественных ударах и предотвращать повреждение мягких тканей», – рассказал исследователь.
Его команда детально изучила удар морского существа. «Когда креветка-богомол наносит удар, он создает волны давления. При этом образуются пузырьки, которые быстро схлопываются, производя ударные волны в мегагерцовом диапазоне. Схлопывание этих пузырьков высвобождает интенсивные всплески энергии, которые проходят через кийок креветки. Этот вторичный эффект ударной волны (вместе с начальной силой удара) делает удар еще более разрушительным», – объяснил Орасіо Эспиноза.
Но креветка-богомол, как ни странно, не страдает от отдачи. Чтобы выяснить причину этой устойчивости, команда под руководством инженера Николаса Альдерете из Северо-Западного университета подробно исследовала пальцеподобные булавы павиного рака-богомола.
Для этого ученые использовали такие методы, как пикосекундный лазерный ультразвук и переходная решетчатая спектроскопия. Как выяснилось, пальцеподобные отростки имеют уникальную структуру, которая помогает гасить и фильтровать эти волны и таким образом защищаться.
Структура булавы оказалась слоистой, несколько похожей на лазанью. А ударная поверхность – тонким слоем гидроксиапатита: минерала, который состоит преимущественно из кальция и фосфора, как покрытие наших зубов.
Ударная область непосредственно под ним представляет собой слой хитиновых волокон, расположенных в елочном узоре, что укрепляет структуру. Еще ниже находится слой хитиновых волоконных пучков, которые спиралевидно скручиваются, что также помогает противостоять потенциальному разрушению. Этот слой также действует как защитный экран, который фильтрует (блокирует) звуковые и стрессовые волны.
В ближайшее время исследователи планируют провести подводные эксперименты, чтобы глубже изучить эффективность удивительной брони креветок-богомолов. Эти знания могут понадобиться для создания новых суперпрочных биоматериалов.
Результаты исследования опубликовал журнал Science.
