Ракообразные давно привлекают внимание биологов, и не только из-за особенностей своего поведения. Например, содержащиеся в панцире крабов и креветок химические соединения, такие как хитин, широко используются для создания биологически активных добавок, лекарств и косметических средств. В новом исследовании американские учёные, изучая рака-богомола, приблизились к созданию сверхпрочных композитных материалов.

Небольшие, но прочные передние конечности рака-богомола развивают скорость пули и с лёгкостью разбивают панцирь жертвы и даже стекло аквариума (фото Carlos Puma).

Ракообразных из отряда ротоногих, известных как раки-богомолы, можно разделить на две группы по типу "оружия", используемого на охоте. Если у одних видов передние клешни превратились в острые ножи для поражения мягкотелых морских обитателей, у других эти конечности похожи на кулаки, и их мощные удары разбивают панцирь и оглушают жертву. Эти существа известны тем, что устраивают ритуальные бои и определяют победителя по "набранным очкам".

Дэвид Кисаилус (David Kisailus) и его коллеги из Калифорнийского университета в Риверсайде на протяжении восьми лет исследовали технику ударов и строение клешней "ротоногих-боксёров", чтобы найти пути создания новых материалов.

Выбор объекта исследования не случаен - кулак раков-богомолов ускоряется до 80 километров в час всего за три тысячные секунды и движется так быстро, что вода вокруг вскипает и создаёт звуковую ударную волну. Известны случаи, когда рачки одним таким ударом разбивали стекло аквариума. При этом сама клешня не получает никаких повреждений, и было очевидно, что секрет этой феноменальной прочности следует искать в строении нароста на последнем членике.

В предыдущем исследовании команда уже обнаружила во внутренних слоях придатка спиралевидные структуры, которые играют роль пружины и гасят энергию удара. Теперь в рамках проекта, финансируемого отделом научных исследований Военно-воздушных сил США, учёные описали новую уникальную структуру наружной поверхности кулака, которая обеспечивает конструкции столь высокую прочность.

Волокна наружного слоя "кулака", структурированные в форме "ёлочки", обеспечивают равномерное распределение энергии удара
(иллюстрация UC Riverside).

Химический анализ показал, что в верхнем слое нароста на последнем членике ударных клешней органические волокна хитина окружены кристаллами фосфата кальция. Это соединение также содержится в человеческих костях. Но главное: сильно минерализованные волокна расположены не в случайном порядке, как в более глубоких слоях, а строго структурированы в форме "ёлочки".

"Ранее мы выяснили, что рак-богомол передаёт своей жертве невероятный импульс, и при этом не повреждает собственные конечности, но теперь мы показали, что свойства этого ударопрочного материала обеспечивает структура "ёлочкой", - сообщает в пресс-релизе соавтор исследования Николас Ярагхи (Nicholas Yaraghi).

Чтобы проверить, насколько эффективна обнаруженная структура волокон, команда Кисаилуса обратилась к специалисту по гражданской инженерии Пабло Цаваттьери (Pablo Zavattieri) из Университета Пердью, который сделал компьютерные модели, а затем напечатал материал со сходной структурой на 3D-принтере.

Расчёты показали, что форма расположения волокон обеспечивает равномерное распределение энергии удара по всей поверхности. Затем эти выводы были подтверждены в ходе реальных испытаний сходного композитного материала.

Комбинация двух структур, открытых в "кулаке" рака-богомола, поможет создать ещё более прочные бронежилеты и шлемы, уверены учёные. Кроме того, новая подсмотренная в природе технология может быть использована при изготовлении корпусов самолётов, кораблей и автомобилей.

Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в статье, опубликованной в издании Advanced Materials.

Есть на Земле существо, способное видеть в тысячи раз больше любого живого организма, включая человека. Оно настолько сильное, что его удар может пробить скорлупу ракушки. Наверное, после этих слов представляется могучее существо, обладающее разумом и прибывшее с другой планеты. На самом деле этот морской обитатель размером не больше футбольного мяча и имя ему рак-богомол.

Особенность зрения

Говоря о раке-богомоле, стоит начать рассказ о его невероятном зрении . Это его основное преимущество перед другими видами живого мира на планете. Проведём аналогию с другими существами. У человека есть миллионы чувствительных клеток, делящиеся на два типа – палочки и колбочки.

Палочки отвечают за восприятие света (яркость, контраст, способность видеть ночью) и движение (способность улавливать световой след объекта). А колбочки отвечают за восприятие цветового диапазона. Колбочки, в свою очередь, делятся на 3 типа по аналогии RGB, позволяющие видеть оттенки красного, синего, зелёного и прочих цветов, образующихся при смешивании.

У собак, например, два типа колбочек, позволяющих им видеть оттенки синего, зелёного и жёлтого цветов. Бабочки, хоть и менее разумны, чем сам человек, имеют 5 видов колбочек. В этом случае людям даже невозможно представить, какого это – видеть «новые цвета».

А теперь представьте, как рак-богомол видит мир, когда у него целых 16 видов колбочек! Это позволяет ему видеть мир в самых разнообразных диапазонах световых волн, включая поляризованный свет и инфракрасное излучение ! Благодаря такому зрению рак-богомол видит всех замаскированных существ. Предполагается, что эта креветка также видит заражённые и раковые клетки, чтобы не съесть больное существо и не отравиться самому.

Но не все 16 сегментов в глазу рака отвечают за цвет. 4 из них – это цветовые фильтры, расширяющие способности существа. Зрение этого морского обитателя до конца не изучено, но предположительно оно позволяет ему видеть следующие спектры волн :

• ультрафиолетовый;
• инфракрасный;
• поляризованный;
• радиоволны;
• прочие малоизученные волны.

Чтобы обработать весь спектр видимых крабом излучений, человеку потребовались бы дополнительные «гаджеты» в мозг, так как у людей информация подаётся напрямую в мозг и обрабатывается там же. У рака-богомола информация обрабатывается самими глазами, а в мозг поступает уже в готовом виде.

Несмотря на всю сложность и многогранность зрения краба, ничего удивительного в целом тут нет. Каждое существо на планете эволюционирует в соответствии с его образом жизни и у многих живых организмов есть преимущества по отношению к человеку.

Особенность конечностей

Передние конечности рака-богомола называются ногочелюстями. Морской хищник выбрасывает их с такой скорость и силой, что, даже не попав по цели, жертву может задеть смертельной ударной волной .

Существует миф о том, что вода вокруг его клешней закипает до нескольких тысяч градусов. Это так лишь отчасти. Вода действительно нагревается, но совсем в малых количествах. Иначе бы рак сварил сам себя. И всё же его ногочелюсти – опасное и уникальное оружие . На его основе учёные разрабатывают материал для космических аппаратов и военных разработок. Помимо этого, креветку-богомола употребляют в пищу. Стоит упомянуть, что из-за опасения удара, добыча происходит при помощи специальных бронебойных контейнеров .

Даже если жертва уже схвачена, но ещё сопротивляется, рак-богомол не упустит возможности лишний раз использовать свою ударную силу. Кстати, держать такое создание в обычном аквариуме опасно, так как сил у креветки-богомола хватит на то, чтобы разбить его вдребезги.

Общее описание и образ жизни

Научная классификация рака-богомола:

• домен – эукариоты;
• царство – животные;
• тип – членистоногие;
• класс – высшие раки;
• отряд – ротоногие.

На вид рак-богомол похож на помесь креветки и богомола-насекомого. Длина тела составляет 10–34 см в длину. Большинство из них окрашены в яркие переливающиеся цвета, словно живое воплощение радуги. Как высший представитель своего вида, такой красавец-краб мог бы быть «мудрецом» среди морских обитателей и пропагандировать взаимопонимание, уважение и вегетарианство. Однако он является хищником со смертоносными конечностями, способными разорвать жертву на мелкие кусочки .

Почти все виды живут в тёплых морях субтропического и тропического поясов на мелководье от 5 до 20 метров глубиной. Наиболее крупные представители своего вида чаще встречаются в Тихом и Индийском океанах. Раков-богомолов можно встретить в Средиземном море, а также у российского побережья.

Большинство ротоногих обитает в собственных норах морского грунта, достигающих 1 метра в глубину. Мелкие представители этого отряда прячутся в расщелинах и щелях между ветвями кораллов. Но некоторые из них используют норы более крупных видов. В своём жилище раки-богомолы проводят большую часть времени.

Передвигаются ротоногие чаще резкими рывками, плавая и передвигаясь с помощью конечностей. В случае с сожительством, мелкие креветки-богомолы остаются в норе, охраняя её и поддерживая чистоту да порядок. Это особенно актуально для раков, когда у норы два выхода (в большинстве случаев). Два выхода нужны для более комфортной вылазки, чтобы поток воды от первого рывка проходил через жилище.

Изучив все преимущества рака-богомола, можно подумать, что опасней этого существа и быть не может, с такими-то способностями. Однако, как и любое живое существо, рак уязвим, и может проиграть в схватке обычному осьминогу. Тому достаточно ловко использовать щупальца, чтобы ударные конечности не могли быть использованы, а там дело за малым. Тем не менее, самостоятельный улов рака-богомола может кончиться для человека смертельным исходом не столько от удара, сколько от возможных инфекций. Поэтому не спешите брать в руки всё, что красиво выглядит и берегите себя.

Биологи исследовали, как глаза раков-богомолов изучают движущиеся предметы. В результате оказалось, что эти животные используют неизвестную для других организмов технику стабилизации взгляда, а также, по-видимому, обладают уникальной структурой обрабатывающей визуальную информацию части мозга. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Раки-богомолы (Oratosquilla oratoria) - это крупные хищные ротоногие ракообразные, обитающие в океане. Они привлекают ученых благодаря целому набору удивительных качеств: эти ракообразные наносят самые быстрые удары среди морских животных, причем их передние конечности разгоняются до 80 километров в час, а также обладают исключительными глазами с 12 типами фоточувствительных рецепторов, в отличие от трех, характерных для млекопитающих или четырех - для птиц. Помимо большого набора улавливающих свет белков, которые позволяют ракам-богомолам воспринимать как ближний ультрафиолетовый диапазон, так и инфракрасный, глаза этих животных обладают уникальной подвижностью: им доступные все три вращательные степени свободы - рыскание, крен и тангаж.

Глаза раков-богомолов постоянно движутся, причем независимо друг от друга. Тем не менее, животным удается не терять ориентацию в пространстве. Также они особым образом изучают окружающее пространство, что ученые сравнивают со сканированием фотографии или, чуть более образно, - с подметанием пола. В новой работе биологов исследуется, как именно эти животные стабилизируют взгляд, так как количество визуальной информации и ее качество находятся в конфликте: чтобы увидеть больше необходимо двигать глазами, но чем быстрее движение, тем более размытым оказывается изображение.

Авторы помещали раков-богомолов в аквариум, вокруг которого был расположен вращающийся барабан. В результате у них получился аналог аттракциона Vortex Tunnel. Он представляет собой темный коридор, изображения стен и потолка которого вращаются, что дезориентирует человека и может вызвать головокружение.

Vortex Tunnel

Биологи думали, что членистоногие будут следить глазами за вращением барабана, но иногда их глаза двигались в противоположную сторону. Также оказалось, что они стабилизируют взгляд характерным для других животных образом только относительно рыскания.

Результаты указывают, что направление взгляда раков-богомолов «не имеет отношения к восприятию пространства», отмечает первый автор работы Илзе Дэли из Бристольского университета, добавляя, что ученые пока не понимают, зачем этим животным такая сложно устроенная визуальная система. Однако у биологов есть гипотезы на этот счет. Согласно одной из них, зрение раков-богомолов хорошо работает только в том случае, если они находятся в покое. Если это так, то у них вообще может не быть полноценного визуального представления о мире, а зрение используется только для того, чтобы следить за отдельными яркими пятнами.

Понравился материал? в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Многие из вас наверняка знакомы с обыкновенным богомолом. Свое название он получил благодаря сходству с молящимся монахом. Понятно, что внешность тут не причем. Виной всему та поза, в которой постоянно находится насекомое. Именно она и явилась причиной такого названия. У китайцев отношение к богомолу неоднозначное. Они ассоциируют его с чрезвычайным упрямством, жадностью и хитростью. Совершенно по-иному относятся к нему греки. У них богомол является предвестником окончания зимы и наступления весны.

Все это относится к насекомому, которое распространено практически повсеместно. Но мало кто знает, что у него есть « родственник», являющийся обитателем морских глубин. Это гигантский рак-богомол. Свое название он получил благодаря невероятному сходству с обычным богомолом. Находясь на морском дне, он прижимает передние конечности груди, принимая позу молящегося монаха, и становится очень похожим на нашего сухопутного героя.

Этот морской обитатель входит в класс ротоногих. Если внимательно к нему приглядеться, то можно заметить определенное сходство с креветкой. На самом же деле, это совершенно разные существа. Взрослый рак вырастает в длину до 20 сантиметров, и может весить около 200 граммов. Выглядит он очень красочно, благодаря оригинальному окрасу, в котором присутствуют все цвета радуги, от розового, до зеленого и синего. Тело рака имеет продолговатую форму, и состоит из нескольких частей — тагмамов. На голове имеется пара маленьких выпуклых глаз, и двое тоненьких усиков. Зрение у рака отличное. Видеть он может как в ультрафиолетовом, так и инфракрасном свете.

Обитает это морское существо в теплых тропических морях. Селится в прибрежной зоне, на глубинах от двух, до семидесяти метров. Встречается, также, на Дальнем Востоке.

Рак-богомол ведет одиночный образ жизни. Большую часть времени он проводит в укрытии, которое строит сам. Иногда использует естественные щели, которые образуются в подводных скалах. Вырытая раком нора может быть глубиной до одного метра. По морскому дну он передвигается чрезвычайно медленно и неуклюже. Плавает же очень быстро.

На первый взгляд это существо кажется совершенно безобидным. Но это обманчивое мнение. Рак очень агрессивен, и часто вступает в драку с иными морскими обитателями. Кроме того, он хищник, и превосходный охотник. В питании не особенно разборчив. Любит рыбу, креветок, каракатиц, морских червей, ракообразных моллюсков. Иногда нападает на своих родственников — ракообразных. При этом он активно использует свои клешни, которыми наносит жертве сокрушительные удары.

Чтобы получить потомство, самка рака-богомола делает две кладки яиц. Над одной берет шефство самец, а над другой самка. Иногда об обеих кладках заботится самка, а самец добывает пищу.
Рак очень чувствителен к состоянию окружающей среды. Он реагирует на малейшее загрязнение воды. Если содержание вредных веществ в ней превысит норму, он тут же покинет это место и отправится на поиски более чистых территорий.

Рак богомол – один из самых интересных ракообразных, найденных в океане. Ученые изучают их силу, молекулярную структуру и зрение, потому что они супер-креветки!

Прочность

Креветка богомол всего около четырех дюймов, но одна из самых сильных животных в мире. Используют клешни, которые больше похожи на локти, чем кулаки, чтобы нанести удар по своей добыче – как выстрел из пистолета пули 22 калибра. Эта невероятная сила важна для охоты на еду – легко ломать раковины добычи: крабов, моллюсков.

Ученые держат его в твердых пластиковых резервуарах, потому что их удар может сломать стеклянный аквариум.

Лапы креветок подпружинены – подобно арбалету – когда их выпускают, разгоняются со скоростью более 50 миль в час с силой более 330 фунтов. 2500 раз больше их веса. Могут сломать сталь.

Для того, чтобы сильно ударить, раки богомолы имеют специальную амортизирующую сердцевину, имеющую молекулярную структуру, отличную от любого другого животного, которого знаем. Эта структура называется структурой булиганда. Структура булиганда препятствует полному разрыву мелких трещин. Позволяет много раз ударять, но никогда не ломаться.

Исследователи иммитируют булигандскую структуру рака богомола, чтобы проектировать тонкие, легкие материалы, достаточно сильные, чтобы остановить взрывчатые вещества, создать более прочные детали автомобилей.

Скорость

Они не просто сильны, но и быстры! Имеют самый быстрый удар среди животных океана – 800 микросекунд. Например, пока вы моргаете глазом, рак богомол ударит 500 раз.

Если сможете бросить мяч так же быстро, как удар креветки богомола, вы запустите его в космос!

Удар ученые называют кавитацией – сверхнагретый пузырь, который приводит к небольшой вспышке света. Жертва рака богомола не имеет шансов!

Их твердый корпус ярко раскрашен, оттенками ярко-красного, зеленого, оранжевого, синего цвета, а предплечья покрыты пятнами. Эти ракообразные имеют самые сложные глаза в животном мире, содержащие миллионы светочувствительных клеток.

С 16 цветовосприимчивыми конусами (по сравнению с людьми, у которых всего три). Они могут перемещать каждый глаз независимо.

Рак богомол способен видеть в десять раз больше цвета, чем люди, включая ультрафиолетовое излучение.