Выжить под колесами. Биологи раскрыли секрет прочного экзоскелета жука-броненосца
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.
«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).
материалов раздела Техно
Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.
