Биологи раскрыли тайну жука-броненосца: почему его панцирь такой прочный

Биологи раскрыли секрет прочности панциря жука-броненосца. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Дьявольский жук-броносец Phloeodes diabolicus из семейства зоферид совсем не умеет летать, зато в ходе адаптации к наземному образу жизни приобрел передние крылья экзоскелета. Они настолько прочные, что жук не пострадает даже в случае попадания под колеса грузовика.

Передовые методы микроскопии и спектроскопии, а также механические испытания помогли американским и японским ученым изучить особенности и вещественный состав надкрылий жука.

Сверхпрочные надкрылья соединяются по извилистой линии. Это похоже на стык деталей пазла. За счет геометрии и многослойной микроструктуры соединения обеспечивается прочное механическое сцепление и повышается жесткость экзоскелета.

Соединение, по словам ученых, жесткое, но вместе с тем пластичное, как канцелярская скрепка. А форма панциря дает возможность распределять приложенную силу по всему телу.

Исследователи с помощью электронного микроскопа наблюдали, что происходит в шве при сжатии – вместо того, чтобы треснуть, материал надкрылий расслаивается.

«Когда вы прикладываете усилие к куску пазла, вы ожидаете, что он отломится у самой тонкой части, «шейки» соединения, – цитируют в пресс-релизе Калифорнийского университета в Ирвайне руководителя исследования Дэвида Кисайлуса. – Но мы не видим такого рода катастрофического раскола у этого вида жуков. Вместо этого материал надкрылий расслаивается, что приводит к более изящному разрушению структуры».

По заключению авторов исследования, такие сверхпрочные соединения можно использовать в строительстве, авиации и инженерии.

Чтобы проверить прочность панциря, ученые в качестве имитации создали серию соединений из металлов и композитов. В ходе эксперимента выяснилось, что прочность и ударная вязкость этих конструкций выше, чем у инженерных.

Панцирь дьявольского жука-броненосца может выдержать усилие до 149 ньютонов – это 39 тысяч масс самого жука. При этом автомобильная шина во время движения по грунтовой дороге давит на нее силой в 100 ньютонов. Ни одно другое насекомое на Земле не может выдержать и половины такой нагрузки.

«Важная инженерная задача состоит в соединении различных материалов без потери их способности выдерживать нагрузки», – отметил один из авторов статьи Дэвид Рестрепо. По его словам, дьявольский жук-броненосец имеет стратегию, позволяющую обходить эти ограничения.

Ученые рассчитывают на то, что их работа поможет инженерам в будущих разработках.