Строение клешней раков-богомолов поможет инженерам создавать материалы нового типа

Раки-богомолы (также называемые креветками-богомолами) — ротоногие ракообразные, известные как непревзойденными органами чувств (их зрение улавливает в 4 раза больше цветов, чем человеческое и считается самым сложным в природе), так и мощнейшими средствами обороны и нападения — клешнями, сила удара которых сравнима с попаданием пули 22 калибра.

Секрет удара раков-богомолов — в особом устройстве их лапок. В строение каждой ударной лапки входит сильный мускул и особая защелка, сдерживающая этот мускул. В нужный момент (при приближении хищника или добычи) рак-богомол раскрывает защелку, что приводит к срабатыванию мускула. Происходит удар, в момент которого клешня рака богомола движется с огромной скоростью (больше 70 км/ч). Даже жертва, обладающая крупным панцирем, бессильна против такого охотничьего броска. Бессильны и многие владельцы аквариумов, по некоторой причине выбравшие завести рака-богомола в качестве питомца: часто встречаются случаи, когда агрессивное ракообразное просто пробивает аквариумное стекло.

Однако при том, что устройство клешней раков-богомолов было изучено ранее, у ученых все еще есть вопросы к механике удара этих фантастических ракообразных.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Materials, началось с вопроса: как именно ракам-богомолам удается сохранить свои конечности целыми и невредимыми, если скорость их ударов столь высока, а сами удары столь мощны? Ведь если мы попытаемся несколько тысяч раз ударить кулаком в стену (да еще и на такой скорости), то от наших рук вряд ли что-то останется. Но именно такое воздействие претерпевают конечности раков-богомолов, оставаясь при этом неповрежденными. В чем же секрет?

Чтобы ответить на этот вопрос ученые проанализировали нано-уровень строения клешней рака-богомола с помощью атомно-силового микроскопа. Ученые обнаружили, что сверхупругость клешней, не позволяющую им повредиться при ударе, обеспечивают особые наночастицы, способные поглощать и рассеивать энергию.

В состав этих наночастиц, которые действуют в качестве оболочки клешней, входят как органические (белки и полисахариды), так и неорганические (фосфат кальция) нанокристаллические соединения. Когда рак-богомол с огромной скоростью наносит удар своей жертве, неорганические нанокристаллические частицы, входящие в состав оболочки их клешней, действуют как рассеиватели энергии: они слегка деформируются и за счет этого снижают силу воздействия удара на конечность, а затем тут же принимают первоначальную форму.

Таким образом, теперь нам известно еще одно невероятное свойство строения раков-богомолов — упругость их клешней. По словам ученых, нано-оболочка клешней этих ракообразных по своей упругости и бескомпромиссной комбинации органических и неорганических материалов превосходит большую часть используемых человеком металлов, а также достижения в области технической керамики. Ученые отмечают, что инженерам еще многому предстоит научиться у глубоководных ракообразных. Ведь применить информацию о структурных особенностях строения их клешней можно в самых разных сферах. Например, в сферах, связанных с производством защитных материалов.