Воинственные раки-богомолы, выловленные из своих нор, уже давно стали популярными объектами для подводных фотографов, хотя большинство из них знает, что если они подойдут слишком близко, то рискуют получить трещину в куполе иллюминатора.
Эти крупные креветки обладают мощным ударом, который они могут использовать, чтобы убить добычу или защитить территорию от соперников. Этот удар, способный разбить раковину моллюска или разбить стекло аквариума, имеет силу пули .22 калибра, говорят ученые из Северо-Западного университета в Иллинойсе.
Они хотели выяснить, как нежные нервы и ткани креветок выдерживают интенсивные ударные волны, возникающие в ходе этого процесса, — и они полагают, что теперь у них есть ответ.
Удар наносится двумя молотообразными «дубинками» креветки. Оказывается, они покрыты слоистыми узорами, которые, блокируя определенные вибрации, образуют щит.
Команда полагает, что принципы, используемые в работе, могут быть применены для разработки синтетических звукофильтрующих материалов или защиты от травм, связанных со взрывами.
Волны давления и пузырьки
«Большая часть предыдущих работ была сосредоточена на прочности и устойчивости к трещинам клюшки [дактиля], при этом структура рассматривалась как усиленный ударопрочный щит», — говорит профессор Орасио Д. Эспиноза, эксперт по биоматериалам в Северо-Западном университете и соавтор исследование только что опубликовано in Наука.
«Мы обнаружили, что он использует «фононные механизмы» — структуры, которые избирательно фильтруют волны напряжения. Это позволяет креветке сохранять свою ударную способность при множественных ударах и предотвращать повреждение мягких тканей».
Дактильные булавы хранят свою энергию в пружинных структурах, удерживаемых защелками-сухожилиями. Когда защелка отпускается, накопленная энергия толкает булаву вперед с взрывной силой.
«Когда рак-богомол нападает, удар генерирует волны давления на свою цель», — говорит Эспиноза. «Он также создает пузырьки, которые быстро схлопываются, производя ударные волны в мегагерцовом диапазоне.
«При коллапсе этих пузырей высвобождаются мощные выбросы энергии, которые путешествовать через дубинку креветки. Этот вторичный эффект ударной волны, наряду с первоначальной силой удара, делает удар креветки-богомола еще более разрушительным».
Группа ученых проанализировала микроструктуру павлиньего рака-богомола (Одонтодактилус цилларус) и выделил два отдельных региона внутри клуба.
Область удара, которая наносит удары, состоит из минерализованных волокон, расположенных в усиливающем елочном узоре. Под ним периодическая область состоит из скрученных, штопорообразных пучков волокон, в которых каждый слой постепенно вращается относительно своих соседей.
Решающую роль
«Периодическая область играет решающую роль в избирательной фильтрации высокочастотных сдвиговых волн, которые особенно разрушительны для биологических тканей», — говорит Эспиноза. «Это эффективно защищает креветок от разрушительных стрессовых волн, вызванных прямым ударом и схлопыванием пузырьков».
Исследователи проанализировали двухмерное моделирование поведения волн, но будущие исследования, вероятно, будут сосредоточены на «более сложном трехмерном моделировании, чтобы полностью охватить взаимодействие конструкции клюшки с ударными волнами», — говорит Эспиноза.
«Кроме того, разработка водных экспериментов с использованием самых современных приборов позволит нам изучить, как фононные свойства функционируют в подводных условиях». Исследование, возглавляемое Николасом Альдерете из Северо-Западного университета, было поддержано Управлением научных исследований ВВС, Управлением военно-морских исследований и Национальным научным фондом.
Также в Дивернете: Раджа Ампат Существо Характеристика Павлин Богомол Креветка, Креветки-богомолы Большого Барьерного рифа
