Ученые удивлены невероятной силой удара креветок-богомолов, который превышает возможности многих известных животных.
Группа исследователей из Северо-Западного университета в Соединенных Штатах провела исследование, которое показало, что специальные отростки, используемые креветками-богомолами для атак, имеют необычную структуру. Эта уникальная структура позволяет им поглощать сильные удары и защищает от отдачи.
Результаты их работы были опубликованы в журнале Science. Креветка-богомол — это поистине уникальное существо. Хотя она небольшая по размеру, эта ракообразная способна наносить удары на скорости 23 метра в секунду, развивая силу до 1500 ньютонов.
Этой силы достаточно для того, чтобы пробивать раковины своих жертв и даже разбивать стеклянные стенки аквариумов. Однако, несмотря на такую мощь, сама креветка-богомол не получает серьезных повреждений. Ученые начали разбираться в этом феномене.
Во время удара креветка-богомол генерирует не только значительную механическую энергию, но и создает так называемые кавитационные пузырьки. Когда вода стремительно сжимается, её плотность падает, что приводит к образованию пузырьков пара. Эти пузырьки, однако, существуют лишь на короткий промежуток времени: под давлением окружающей жидкости они схлопываются, высвобождая тепло, свет и ударные волны, значительно усиливающие разрушительную силу удара.
«Создается мощное давление, которое ощущает жертва», — пояснил Эспиноса. — «Кавитационные пузырьки моментально схлопываются, создавая вторичную ударную волну в мегагерцовом диапазоне. Эта вторичная волна, дополнительно воздействуя на жертву, вкупе с самой силой удара, делает атаку креветки-богомола поистине разрушительной.» Однако встает вопрос: как сама креветка избегает повреждений, когда ударная волна распространяется во всех направлениях?
Чтобы выяснить это, ученые изучили анатомию тактильных отростков, именуемых «дубинками», у креветки-богомола. Они применили метод пикосекундной лазерной ультразвуковой спектроскопии, чтобы проанализировать реакцию материала отростка на проходящие ударные волны. Ранее отмечалось, что «дубинка» креветки-богомола состоит из нескольких слоев, что похоже на слоеный пирог. Верхний слой представляет собой твердый гидроксиапатит, такой же, как в зубной эмали, в то время как под ним располагается слой хитина, организованный в узор «елочкой» для достижения максимальной прочности.
Но особенно интересным оказался следующий слой — структура хитина, свитая спирально. Этот слой не только повышает стойкость к разрушению, но и служит своего рода защитным экраном, позволяющим фильтровать ударные и звуковые волны благодаря своим периодическим элементам.
«Этот слой критически важен для блокировки высокочастотных поперечных волн, которые могут быть особенно вредны для тканей организма», — подытожил Эспиноса. — «Таким образом, креветка-богомол защищена от негативных эффектов как от удара, так и от схлопывания пузырьков.»
Ученые планируют проводить дополнительные эксперименты, чтобы глубже изучить пределы прочности и возможные практические применения этой поразительной брони. В будущем эти принципы могут стать основой для разработки новых материалов с улучшенной устойчивостью к ударам.
Исследования таких уникальных адаптаций, как у креветок-богомолов, могут вдохновить инженеров и дизайнеров на создание новых конструкций, которые смогут эффективно противостоять ударам и повреждениям, что особенно актуально для защиты в различных отраслях, таких как авиация и строительство.
