Как раки-богомолы защищаются от самих себя
Закрученная структура хитина не пропускает опасные ударные волны от ног раков-богомолов к их телу.
Ротоногие раки, или раки-богомолы, известны своим исключительным зрением и своеобразным оружием (не говоря уже о том, что многие из них имеют яркую и прихотливую окраску). В глазах у них от 12 до 16 типов колбочек – фоторецепторов, отвечающих за цветовое зрение; соответственно, диапазон видимых цветов для них простирается от коротковолнового ультрафиолета до дальнего красного света и с множеством цветовых оттенков внутри. Ещё они видят поляризованный свет; ещё они умеют настраивать чувствительность длинноволнового зрения под окружающую среду (то, что называется спектральной подстройкой).
Что до оружия, то одна из пар передних ног – точнее, ногочелюстей – преобразована у них в колюще-режущий или ударный инструмент. Эти ноги в сложенном состоянии похожи на охотничьи конечности богомолов; у некоторых раков они заострены, и тогда сходство с богомолом только усиливается. У некоторых же они утолщены на концах и напоминают маленькие булавы. Раки-богомолы охотятся на небольшую беспозвоночную (и иногда позвоночную) живность, часто это моллюски и другие ракообразные. Найдя моллюска, рак обрушивает на него свои колотушки со скоростью 800 км/ч – в буквальном смысле быстрее пули. Ни раковина моллюска, ни панцирь членистоногого такого не выдерживают (более того, рак-богомол способен расколоть даже аквариумное стекло, так что содержание их в неволе сопряжено с некоторыми проблемами).
Тут возникает вопрос, как сам рак не рассыпается от собственных ударов, ведь по законам механики ударная волна должна пойти и в обратную сторону, в ногочелюсти-колотушки и в тело рака. Ответ легко предположить: материал и структура ударных ног должна гасить ответные ударные волны. Строение раковых колотушек изучают давно. В недавней статье в Science сотрудники Северо-Западного университета и Университета Ле-Мана, опираясь на предыдущие результаты, объясняют, как у раков-богомолов устроена защита от самих себя. Как и у всех членистоногих, их тело покрыто хитином, но на колотушках к хитину добавляется кальцийсодержащий минерал, схожий с тем, который есть в наших костях и зубах и который добавляет хитиновому экзоскелету прочности.
Нити хитина в самом наружном слое, в том месте, на которое приходится удар, сложены «ёлочкой» – такое пространственное расположение защищает от разрушения само оружие. В следующем слое хитин организован уже иначе: здесь хитиновые нити образуют пучки, горизонтальные ряды которых сложены в так называемую структуру Булигана – они поворачиваются по спирали друг относительно друга с периодом около 500 микрометров.
Структура Булигана (слева) и слои хитиновых пучков в экзоскелете ударных ног рака-богомола (электронная микрофотография). (Фото: Bharath Natarajan and Jeffrey W. Gilman, Philosophical Transactions of the Royal Society А, 2017)
На самом деле, спирально-штопорная организация хитина в ногах-колотушках раков-богомолов была описаны ещё в 2012 году, и тогда же возникло предположение, что подобная организация хитина помогает гасить ударные волны. Экспериментально же это удалось проверить только сейчас. С помощью лазерного ультразвука исследователи создавали высокочастотные волны в кусочках экзоскелета и видели, как слой с «булигановым хитином» их гасит. Для эффективного гашения важна именно периодичность поворота слоёв хитина. Особая структура хитина помогает отфильтровать волны именно той частоты, которые были бы наиболее опасны для рака, если бы они могли пройти от ногочелюстей к телу. Как обычно говорят в таких случаях, новые данные о природном материале с необычными свойствами могут подкинуть пару идей тем, кто разрабатывает схожие материалы в исследовательских лабораториях.
