Agresywne krewetki modliszkowe wyłowione z kryjówek od dawna są popularnym tematem dla fotografów podwodnych – choć większość wie, że jeśli podpłyną zbyt blisko, ryzykują pęknięciem kopuły.
Te duże krewetki mają potężny cios, którego mogą użyć do zabicia ofiary lub obrony terytorium przed rywalami. Są w stanie rozbić muszlę mięczaka lub rozbić szkło akwariowe, ten cios ma siłę pocisku kalibru .22, twierdzą naukowcy z Northwestern University w Illinois.
Chcieli dowiedzieć się, w jaki sposób delikatne nerwy i tkanki krewetek przetrwają intensywne fale uderzeniowe powstające w trakcie tego procesu. Sądzą, że teraz mają odpowiedź.
Cios jest zadawany za pomocą dwóch przypominających młoty „pałek daktylowych” krewetki. Okazuje się, że są one pokryte warstwowymi wzorami, które blokując określone wibracje, tworzą tarczę.
Zespół uważa, że zasady, na których to polega, można by zastosować przy opracowywaniu syntetycznych materiałów filtrujących dźwięk lub chroniących przed obrażeniami spowodowanymi wybuchami.
Fale ciśnieniowe i pęcherzyki
„Większość wcześniejszych prac skupiała się na wytrzymałości i odporności na pęknięcia kija [dactylowego], traktując konstrukcję jako wzmocnioną tarczę chroniącą przed uderzeniami” – mówi prof. Horacio D. Espinosa, ekspert ds. materiałów inspirowanych biologią na Northwestern i współautor właśnie opublikowane badanie in nauka.
„Odkryliśmy, że wykorzystuje „mechanizmy fononiczne” – struktury, które selektywnie filtrują fale stresu. Umożliwia to krewetkom zachowanie zdolności uderzania przy wielokrotnych uderzeniach i zapobiega uszkodzeniom tkanek miękkich”.
Pałki daktylowe gromadzą swoją energię w sprężynowych strukturach, powstrzymywanych przez ścięgna przypominające zatrzaski. Gdy zatrzask zostanie zwolniony, zmagazynowana energia wypycha pałkę do przodu z wybuchową siłą.
„Kiedy krewetka modliszkowa uderza, uderzenie generuje fale ciśnienia na cel” – mówi Espinosa. „Tworzy również bąbelki, które szybko zapadają się, wytwarzając fale uderzeniowe w zakresie megaherców.
„Zapadnięcie się tych baniek powoduje uwolnienie intensywnych wybuchów energii, które podróżować przez maczugę krewetki. Ten wtórny efekt fali uderzeniowej, wraz z początkową siłą uderzenia, sprawia, że uderzenie krewetki modliszkowej jest jeszcze bardziej niszczycielskie.”
Zespół przeanalizował mikrostrukturę krewetki modliszkowej (Odontodactylus scyllarus) i zidentyfikował dwa odrębne obszary w klubie.
Obszar uderzenia, który dostarcza ciosy, składa się z zmineralizowanych włókien ułożonych w wzmacniający wzór jodełki. Poniżej znajduje się obszar okresowy składający się ze skręconych, przypominających korkociąg wiązek włókien, w których każda warstwa jest stopniowo obracana względem sąsiadujących warstw.
Kluczowa rola
„Region okresowy odgrywa kluczową rolę w selektywnym filtrowaniu fal ścinających o wysokiej częstotliwości, które są szczególnie szkodliwe dla tkanek biologicznych” — mówi Espinosa. „To skutecznie chroni krewetki przed szkodliwymi falami naprężeń spowodowanymi bezpośrednim uderzeniem i zapadnięciem się pęcherzyków”.
Naukowcy przeanalizowali dwuwymiarowe symulacje zachowania się fal, ale przyszłe badania prawdopodobnie skupią się na „bardziej złożonych symulacjach trójwymiarowych, aby w pełni uchwycić interakcje konstrukcji kija z falami uderzeniowymi” – mówi Espinosa.
„Ponadto projektowanie eksperymentów wodnych z wykorzystaniem najnowocześniejszych urządzeń pozwoliłoby nam zbadać, jak właściwości fononiczne funkcjonują w warunkach zanurzenia”. Badanie, któremu przewodził Nicolas Alderete z Northwestern, było wspierane przez Air Force Office of Scientific Research, Office of Naval Research i National Science Foundation.
Również w Divernet: Stworzenie Raja Ampat z krewetkami pawia modliszki, Stworzenia Wielkiej Rafy Koralowej Krewetka modliszkowa
