Немає жодної іншої тварини в царстві живих, яка могла б зрівнятися з ударною силою рака-богомола. Ця крихітна, але яскраво забарвлена ракоподібна істота завдає удару зі швидкістю 23 метри на секунду – потужним поштовхом, що створює вражаючу силу у 1500 ньютонів, достатню, щоб розбити панцир своєї здобичі.
Ці удари настільки сильні, що вчені давно замислювалися, як сам рак-богомол витримує зворотний вплив такої сили.
Тепер вони розкрили один із його секретів. Дактильні булави, якими рак-богомол завдає своїх нищівних ударів, мають унікальну структуру, яка поглинає ударні хвилі, захищаючи самого носія.
«Рак-богомол відомий своїм надзвичайно потужним ударом, здатним ламати раковини молюсків і навіть тріскати скло акваріумів», – розповідає інженер-механік Гораціо Еспіноза з Північно-Західного університету США.
«Однак, щоб постійно виконувати ці високоефективні удари, дактильна булава рака-богомола повинна мати надійний захисний механізм, який запобігає саморуйнуванню. Більшість попередніх досліджень зосереджувалися на міцності та стійкості до розтріскування, розглядаючи структуру як укріплений ударний щит.
Ми ж виявили, що вона використовує фононні механізми – структури, які вибірково фільтрують ударні хвилі. Це дозволяє раку-богомолу зберігати здатність до багаторазових ударів і захищати м’які тканини від пошкоджень».
Удар рака-богомола досліджено в найдрібніших деталях. Коли він рухається у воді на високій швидкості, утворюється так званий кавітаційний пухирець. У процесі відштовхування води її густина настільки знижується, що всередині пухирця вона випаровується.
Проте цей пухирець, оточений водою з більшою густиною, не може існувати довго: він миттєво схлопується з виділенням тепла, світла і звуку.
Саме енергія, що вивільняється при його колапсі, може розбивати панцири (і навіть стінки акваріума).
«Коли рак-богомол завдає удару, тиск від нього створює ударні хвилі, що поширюються по мішені, – пояснює Еспіноза. – Також утворюються пухирці, які швидко руйнуються, створюючи ударні хвилі в мегагерцовому діапазоні. Колапс цих пухирців вивільняє потужні енергетичні імпульси, які проходять через булаву рака-богомола. Це вторинне ударне хвилювання разом із початковою силою удару робить атаку рака-богомола ще більш нищівною».
Проте сам рак-богомол залишається неушкодженим, хоча удар має поширюватися в усі боки.
Щоб з’ясувати причину, команда на чолі з інженером Ніколасом Альдерете з Північно-Західного університету детально вивчила дактильні булави павичевого рака-богомола (Odontodactylus scyllarus), щоб знайти підказки.
Вони застосували такі методи, як пікосекундна лазерна ультразвукова діагностика та спектроскопія перехідної дифракції для аналізу панцира цього ракоподібного і з’ясували, що його дактильні булави мають унікальну будову, яка поглинає і фільтрує ударні хвилі, захищаючи організм рака-богомола.
Раніше було відомо, що броня дактильних булав має багатошарову структуру, схожу на лазанью. Ударна поверхня – це тонкий шар гідроксіапатиту, мінералу, що складається переважно з кальцію та фосфору (як емаль зубів). Під ним розташований шар хітинових волокон, розташованих у візерунок «ялинки», що забезпечує максимальну структурну міцність.
Це те, що допомагає раку-богомолу витримувати такі екстремальні удари.
Дослідження було опубліковано в журналі Science.