Выжить под колесами. Биологи раскрыли секрет прочного экзоскелета жука-броненосца

21 октября 2020, 22:07
Цей матеріал також доступний українською

Американские исследователи выяснили, благодаря чему дьявольский броненосный жук Phloeodes diabolicus остается невредимым, даже попав под колеса автомобиля.

Экзоскелет Phloeodes diabolicus настолько прочен, что его сложно установить на стенде с помощью стальных штифтов, признали исследователи.

Несмотря на то, что он не может летать, навыки выживания у жука зашкаливают. И ученые использовали набор инструментов, чтобы изучить физические и механические свойства, которые придают этому существу невероятную силу.

Видео дня

«Броненосный жук — это наземное существо, поэтому он не легкий и быстрый, он больше похож на небольшой танк. Это его адаптация: он не может улететь, поэтому он просто остается на месте и позволяет своей броне выдерживать атаку, пока хищник не сдастся», — сказал материаловед Дэвид Кисайлус из Калифорнийского университета в Ирвине.

Авторы исследования провели испытания на сжатие стальной пластиной всего экзоскелета, чтобы определить, сколько давления может выдержать жук, сравнив результаты с другими видами жуков из того же региона.

Подобные жуки смогли выдержать среднюю пиковую нагрузку менее 68 Ньютонов. Дьявольский броненосный жук, напротив, мог выдержать максимальную силу в 149 Ньютонов, что в 39000 раз превышает его собственный вес.

Следующим шагом была попытка выяснить, как маленький жук оказался способен на такое. Команда использовала спектроскопию, сканирующую электронную микроскопию и компьютерную томографию, чтобы внимательно изучить твердую оболочку. Они также провели симуляции и использовали 3D-модели для проверки своих выводов.

Архитектура и состав материалов всего экзоскелета объясняют некоторую прочность; но ключ, как выяснили исследователи, лежал в надкрыльях.

У летающих жуков надкрылья — это жесткие передние крылья, которые защищают более нежные задние крылья, которые насекомое использует для полета. Поскольку дьявольский броненосный жук не летает, его надкрылья затвердели еще больше и сцепились вместе вдоль линии шва, чтобы действовать как броня.

Команда обнаружила, что этот экзоскелет состоит из хитина, волокнистого материала, полученного из глюкозы, и белковой матрицы. Когда они сравнили экзоскелет дьявольского броненосного жука с экзоскелетом аналогичного жука, они обнаружили, что у броненосца было значительно больше белка — примерно на 10 процентов больше по весу.

Но линия шва, по которой срастаются надкрылья жука, в конечном итоге сыграла решающую роль в его прочности.

«Шовный материал действует как мозаика. Он соединяет различные части экзоскелета — кусочки пазла — в брюшной полости под надкрыльями», — сказал материаловед Пабло Заваттьери из Университета Пердью.

Вместо того, чтобы расколоться, как можно было бы ожидать от кусочков пазла, микроструктуры внутри экзоскелетных лопастей уступили место расслоению.

«Когда вы прикладываете усилие к куску пазла, вы ожидаете, что он отломится у самой тонкой части, „шейки“ соединения. Но мы не видим такого рода катастрофического раскола у этого вида жуков. Вместо этого материал надкрылий расслаивается, что приводит к более изящному разрушению структуры», — подчеркнул материаловед Дэвид Кисайлус.

Это открытие может открыть путь к разработке более прочных материалов для решения инженерных задач. Это может привести, например, к созданию более безопасных авиационных двигателей: исследователи уже создали крепеж авиационного двигателя из углеродного волокна, которое имитирует структуру шва дьявольского броненосного жука.

Ранее НВ писал, что нидерландские ученые назвали новый вид жука в честь культовой английской группы: Ptomaphagus thebeatles.

Жук был найден в Амстердаме в парке Вондела в 2019 году энтомологами-любителями, а исследовали насекомое несколько месяцев после этого. Насекомое обнаружили во время очередной, открытой для всех любителей природы, прогулки по парку Вондела, изучая парк с помощью увеличительных стекол.

Новый представитель отряда жесткокрылых имеет размеры около 2 мм и отыскать его было удачей, как отмечают ученые. Биолог Амстердамского свободного университета Йорис Коэн, входивший в состав «экспедиции», пояснил, что Ptomaphagus thebeatles был обнаружен в том районе парка Вондела, который находится вблизи отеля Hilton, где с 25 марта по 31 марта 1969 года Джон Леннон и Йоко Оно устраивали «постельный» протест против войны во Вьетнаме.

То, что ни одного жука прежде не называли в честь The Beatles, довольно удивительно, ведь название квартета содержит в себе игру слов: это смесь английских beetle (жук) и beat (бит, ритм).

poster
Подписаться на ежедневную email-рассылку
материалов раздела Техно
Рассылка о том как технологии изменяют мир
Каждый понедельник

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X