Учёные из Иллинойсского университета, изучающие ни много ни мало биомеханику прокалывающих растений и животных, захотели узнать, как строение "копья" кактуса влияет на его результативность. Проще говоря, исследователи изучали, какая структура колючки способствует эффективному "проколу" предмета и последующему удержанию "добычи".
Специалисты исследовали колючки шести видов кактусов, в том числе Echinocactus grusonii, Opuntia fragilis и Cylindropuntia fulgida.
"Мы рассматриваем основную механику прокола и то, как различия в "шипах" кактусов, в частности, их микроструктура, влияют на то, как они прокалывают и закрепляются в материале", — объясняет первый автор исследования Стефани Крофтс (Stephanie Crofts) из Иллинойсского университета.
Специалисты решили посмотреть, как колючки справятся с лабораторным полимером, куриным и свиным мясом.
Они провели тесты, показавшие, какое усилие нужно приложить для прокола образцов и последующего изъятия колючек из материала.
"Прежде чем мы начали проводить эксперименты, мы посмотрели на колючки под сканирующим электронным микроскопом. Колючки с зазубринами, как у C. fulgida, были невероятно похожи на колючки дикобраза, изученные другими группами", — говорит Крофтс.
Как говорят учёные, все колючки отличались по своей способности прокаливать материал. Например, зазубренным колючкам (как на фото ниже) требовалось меньше силы, чтобы проделать дыру в поверхности образца.
Кроме того, зазубренные "шипы" крепко удерживали проколотую "добычу". Как сообщается в статье, опубликованной в научном издании Proceedings of the Royal Society B, учёные смогли поднять с рабочей поверхности кусок свинины весом 230 граммов при помощи всего лишь одной колючки кактуса вида C. fulgida.
Как пишут специалисты, одни и те же биомеханические свойства, позволяющие зазубренным колючкам, легко проникать в образцы, также затрудняли и их вытеснение из них.
Зачем колючкам такая цепкость? Не секрет, что они выполняют различные функции, в том числе защищают растение от хищников. "Шипы" C. fulgida имеют также репродуктивное назначение: цепляясь за проходящее мимо животное, колючки помогают растению покорять новые территории.
Такая зазубренная колючка порой настолько крепко вонзается в жертву, что небольшая часть кактуса обламывается вместе с ней.
Примечательно, что не только кактусы обладают зазубренными колючками. Удивительно, что похожие особенности могут развиться у совершенно разных видов, принадлежащим разным царствам.
"Исследование этих систем даёт нам возможность сравнить эволюцию и биомеханику как растений, так и животных. Не часто возникает возможность сделать такое прямое сравнение", — говорит автор исследования Фил Андерсон (Phil Anderson).
Исследование может показаться довольно глупым, но оно нацелено не только на понимание и описание законов природы. Многие хитроумные изобретения начинались с таких любопытных исследований. Так, изучение лап гекконов, которые могут ходить по потолкам, привело к созданию робота-уборщика космического мусора с особыми цепкими манипуляторами.
Авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) также рассказывали о других разработках, на создание которых учёных вдохновили животные или растения. В частности, так появились ультрабелое покрытие, по строению имитирующее панцири жуков, и миниатюрные роботы, подражающие пчёлам и водомеркам, а также беспилотник, который хватает жертву подобно соколу.
