Вижити під колесами. Біологи розкрили секрет міцного екзоскелета жука-броненосця

21 жовтня 2020, 22:07

Американські дослідники з’ясували, завдяки чому диявольський броненосний жук Phloeodes diabolicus залишається неушкодженим, навіть потрапивши під колеса автомобіля.

Екзоскелет Phloeodes diabolicus настільки міцний, що його складно встановити на стенді за допомогою сталевих штифтів, визнали дослідники.

Незважаючи на те, що він не може літати, навички виживання у жука зашкалюють. І вчені використовували набір інструментів, щоб вивчити фізичні і механічні властивості, які надають цій істоті неймовірну силу.

Відео дня

«Броненосний жук — це наземна істота, тому він не легкий і швидкий, він більше схожий на невеликий танк. Це його адаптація: він не може полетіти, тому він просто залишається на місці і дозволяє своїй броні витримувати атаку, поки хижак не здасться», — сказав матеріалознавець Девід Кісайлус з Каліфорнійського університету в Ірвіні.

Автори дослідження провели випробування на стиск сталевою пластиною всього екзоскелета, щоб визначити, скільки тиску може витримати жук, порівнявши результати з іншими видами жуків з того ж регіону.

Подібні жуки змогли витримати середнє пікове навантаження менше 68 Ньютонів. Диявольський броненосний жук, навпаки, міг витримати максимальну силу в 149 Ньютонів, що в 39000 разів перевищує його власну вагу.

Наступним кроком була спроба з’ясувати, як маленький жук виявився здатний на таке. Команда використовувала спектроскопію, сканувальну електронну мікроскопію і комп’ютерну томографію, щоб уважно вивчити тверду оболонку. Вони також провели симуляції і використовували 3D-моделі для перевірки своїх висновків.

Архітектура і склад матеріалів всього екзоскелета пояснюють деяку міцність; але ключ, як з’ясували дослідники, лежав в надкрилах.

У літаючих жуків надкрила — це жорсткі передні крила, які захищають ніжніші задні крила, які комаха використовує для польоту. Оскільки диявольський броненосний жук не літає, його надкрила затверділи ще більше і зчепилися разом уздовж лінії шва, щоб діяти як броня.

Команда виявила, що цей екзоскелет складається з хітину, волокнистого матеріалу, отриманого з глюкози, і білкової матриці. Коли вони порівняли екзоскелет диявольського броненосного жука з екзоскелетом аналогічного жука, вони виявили, що у броненосця було значно більше білка — приблизно на 10 відсотків більше за вагою.

Але лінія шва, по якій зростаються надкрила жука, зрештою зіграла вирішальну роль в його міцності.

«Шовний матеріал діє як мозаїка. Він з'єднує різні частини екзоскелета — шматочки пазла — в черевній порожнині під надкрилами», — сказав матеріалознавець Пабло Заваттьєрі з Університету Пердью.

Замість того, щоб розколотися, як можна було б очікувати від шматочків пазла, мікроструктури всередині екзоскелетних лопатей поступилися місцем розшаруванням.

«Коли ви докладаєте зусилля до шматка пазла, ви очікуєте, що він буде відламаній у найтоншій частині, „шийки“ з'єднання. Але ми не бачимо такого роду катастрофічного розколу у цього виду жуків. Замість цього матеріал надкрила розшаровується, що призводить до більш витонченого руйнування структури», — підкреслив матеріалознавець Девід Кісайлус.

Це відкриття може відкрити шлях до розробки більш міцних матеріалів для вирішення інженерних завдань. Це може привести, наприклад, до створення більш безпечних авіаційних двигунів: дослідники вже створили кріплення авіаційного двигуна з вуглецевого волокна, яке імітує структуру шва диявольського броненосного жука.

Раніше НВ писав, що нідерландські вчені назвали новий вид жука на честь культової англійської групи: Ptomaphagus thebeatles.

Жук був знайдений в Амстердамі в парку Вондела в 2019 році ентомологами-любителями, а досліджували комаху кілька місяців після цього. Комаху виявили під час чергової, відкритої для всіх любителів природи, прогулянки парком Вондела.

Новий представник загону жуків має розміри близько 2 мм і відшукати його було удачею, як відзначають вчені. Біолог Амстердамського вільного університету Йоріс Коен, який входив до складу «експедиції», пояснив, що Ptomaphagus thebeatles був виявлений в тому районі парку Вондела, який знаходиться поблизу готелю Hilton, де з 25 березня по 31 березня 1969 Джон Леннон і Йоко Оно влаштовували «постільний» протест проти війни у В'єтнамі.

Те, що жодного жука раніше не називали на честь The Beatles, досить дивно, адже назва квартету містить в собі гру слів: це суміш англійських beetle (жук) та beat (біт, ритм).

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Показати ще новини
Радіо НВ
X