Сила удара креветок-богомолов ошеломила ученых

Исследователи из Северо-Западного университета США обнаружили, что тактильные отростки креветки-богомола, которые используются в бою, имеют уникальную структуру. Эта структура позволяет эффективно поглощать невероятно сильные удары и защищает от отдачи. Работа опубликована в журнале Science.

Креветка-богомол — одно из самых удивительных существ в мире. Это небольшое, но мощное ракообразное наносит удары со скоростью 23 метра в секунду, создавая силу в 1500 ньютонов — достаточно, чтобы пробивать раковины жертв и даже разбивать стекло аквариума. Однако, несмотря на такую сокрушительную мощь, сама креветка-богомол остается невредимой. Ученые выяснили, как ей это удается.

При ударе креветка-богомол создает не только мощную механическую силу, но и так называемые кавитационные пузырьки. Когда вода резко раздвигается с большой скоростью, ее плотность падает, и внутри образуются пузырьки пара. Однако эти пузырьки существуют лишь мгновение: под давлением окружающей воды они схлопываются, высвобождая тепло, свет и ударные волны, которые еще больше усиливают разрушительную мощь атаки.

«Когда креветка наносит удар, создается мощное давление, которое передается на жертву», — добавил Эспиноса. — «Кавитационные пузырьки мгновенно схлопываются, порождая дополнительную ударную волну в мегагерцовом диапазоне. Эта вторичная ударная волна, наряду с первичной силой удара, делает атаку креветки-богомола по-настоящему сокрушительной.»

Но почему же сама креветка остается невредимой, если ударная волна распространяется во все стороны? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи изучили строение тактильных отростков креветки-богомола, так называемых «дубинок». Они использовали метод пикосекундной лазерной ультразвуковой спектроскопии, чтобы увидеть, как материал отростка реагирует на распространяющиеся ударные волны.

Ранее было известно, что «дубинка» креветки-богомола состоит из нескольких слоев, напоминающих слоеный пирог. Внешний слой — это твердый гидроксиапатит, состоящий из кальция и фосфора, как зубная эмаль. Под ним находится слой хитиновых волокон, выстроенных в узор «елочкой» для максимальной прочности. Но самым интересным оказался следующий слой — структура из хитина, закрученная по спирали. Этот слой не только увеличивает устойчивость к разрушению, но и выполняет функцию фонового защитного экрана — материала, который фильтрует ударные и звуковые волны за счет периодического строения.

«Этот слой играет важнейшую роль в фильтровании высокочастотных поперечных волн, которые особенно опасны для биологических тканей», — заключил Эспиноса. — «Таким образом, креветка-богомол защищается от вредных ударных волн, вызванных как самим ударом, так и схлопыванием пузырьков.»

Ученые планируют провести дальнейшие эксперименты, чтобы изучить пределы прочности и возможные применения этой удивительной брони. Возможно, в будущем ее принципы вдохновят на создание новых материалов с улучшенной ударопрочностью.