У сверхпрочного жука раскрыли секрет прочности

Дьявольский жук-броненосец защищён от врагов сложной бронёй.

У насекомого под колёсами машины шансов нет – его просто раздавит. Но есть одно исключение: жук по имени Nosoderma diabolicum, или дьявольский жук-броненосец – diabolical ironclad beetle. Это нелетающий жук размером 15–25 мм из засушливых районов западного побережья США. Живут Nosoderma diabolicum сравнительно долго, до восьми лет, не опасаясь, что их кто-нибудь съест, что и понятно – не всякий хищник найдёт подход к жуку, который выдерживает вес машины.

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде рассказывают в Nature, в чём секрет сверхпрочности жука. Очевидно, дело тут в каких-то особенностях экзоскелета. У обычных летающих жуков крылья прикрыты жёсткими надкрыльями, которые нужно раздвинуть и приподнять, когда тебе нужно куда-то лететь. Но дьявольский жук-броненосец перестал летать очень давно, и ничего раздвигать и приподнимать ему не нужно. Его надкрылья срослись в единый щит, покрывающий большую часть тела. Туловище под надкрыльями покрыто хитиновым покровом. Оказалось, щит из надкрыльев особым образом соединён с хитиновым покровом на туловище: они соединены, как две ребристые поверхности, когда рёбра верхнего слоя входят во впадины нижнего, и наоборот.

При этом спереди и сзади такое соединение выглядит немного по-разному. Спереди верхний щит соединяется с туловищем очень прочно – получается жёсткое, негнущееся соединение. Сзади же верхняя и нижняя части брони могут слегка скользить друг относительно друга. По словам авторов работы, всё это позволяет наиболее надёжно защитить самые важные органы, которые находятся в передней части тела, и одновременно распределить давление и частично абсорбировать его.

Дополнительной прочности жуку добавляет то, как соединяются его левое и правое надкрылья. На их краях есть выступы-микрозубчики, как на кусочках пазла, и надкрылья соединяются так же, как мы складываем из кусочков пазла складную картинку. Более того, соединяющие выступы не однородные по материалу, а состоят из слоёв плотного вещества, соединённых белковым клеем. Когда на жука что-то давит, в белковых прослойках появляются крохотные трещины. Трескающийся белковый клей опять же помогает поглотить внешнюю силу: вся структура щита остаётся целой, броня жука не ломается, а повреждения в белковых слоях потом легко восстановить.

Все вместе эти особенности позволяют дьявольскому жуку-броненосцу выдерживать давление в 39 тыс. раз больше его собственного веса. Человек с такой бронёй смог бы выдержать вес сорока танков. Разбить клювом или разжевать жука невозможно – можно только проглотить целиком.

Возможно, Nosoderma diabolicum подскажет инженерам какие-нибудь идеи для сверхпрочных материалов, которые могли бы найти самое широкое применение – достаточно представить человека, облачённого в какой-нибудь экзоскелет аналогичной прочности.

По материалам ScienceNews