Биологи объяснили невероятную прочность шипов кактуса их структурой — Naked Science
21.11.2018
Редакция

Биологи объяснили невероятную прочность шипов кактуса их структурой

Цилиндропунция сверкающая (Cylindropuntia fulgida) или, как ее называют в пустынях США и Мексики, чолла (cholla) — кустарниковый ветвящийся кактус. Если его потревожить, он вонзит свои шипы в плоть обидчика, причем так сильно, что сегмент самого растения может остаться внутри.

24-scientistsst
©Wikipedia

Это один из шести видов кактусов, которые изучали сотрудник Университета штата Иллинойс Стефани Крофтс (Stephanie Crofts) и профессор биологии Филипп Андерсон (Philip Anderson). Ученые, исследовавшие биомеханику прокалывающих растений и животных, хотели выяснить, как структура колючки влияет на способность впиваться в ткань. Они обнаружили, что те же самые биомеханические характеристики, которые позволяют колючим шипам чоллы легко проникать в плоть животных, затрудняют и их выведение. Работа опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B.

 

Помимо чоллы, биологи изучили шипы эхинокактуса Грузона (Echinocactus grusonii), опунции ломкой (Opuntia fragilis), перескии крупнолистной (Pereskia grandiflora), аргентинского сагуаро (Echinopsis terscheckii) и опунции многоколючковой (Opuntia polyacantha). Кактусовые шипы могут иметь множество функций, включая защиту растения от хищников и извлечение воды из тумана и воздуха. Шипы чоллы имеют и репродуктивную цель: зацепившись за любое существо, проходящее мимо, колючки помогают растению «переноситься» в новые места. 

 

Чтобы сравнить шипы разных кактусов, Крофтс и Андерсон тестировали их на очищенных куриных грудках, свиных плечах, покрытых кожей и синтетических эластомерах с различной плотностью, измерив, какое количество усилий потребовалось для прокола материалов и выведения колючек каждого растения с разным типом шипа.

 

Один шип чоллы способен поднять кусок свинины весом в полфунта / © L. Brian Stauffer
 

Перед началом экспериментов ученые изучили шипы под электронным микроскопом и заметили, что колючки кактусов невероятно похожи на те, что имеют дикобразы: шипы кактусов имеют и подходящий размер, чтобы вонзаться прямо между мышечными волокнами животных.
Выяснилось, что шипы без зазубрин требуют больше усилий для проникновения, в то время как колючки с ними гораздо легче проникали в материал, требуя меньше сил. Эти зазубрины действуют как маленькие заостренные лезвия, которые помогают прорезать ткани тела. Шипы с зазубринами также было гораздо труднее удалить из тканей.

 

Исследователи обнаружили явные различия среди кактусов в проникновении в разные материалы. Например, опунции многоколючковой понадобилось больше всего усилий, чтобы впиться в курицу, любой другой вид справился с этим гораздо легче, а вот шипы чоллы было труднее всего вынуть из тканей кожи свиньи. Фактически одна колючка цилиндропунции сверкающей оказалась способной поднять кусок свинины весом в полфунта (0,22 килограмма).

 

Более того, некоторые колючки, удаленные из куриной грудки, были покрыты тканью животного. Шипы из мяса свиньи вышли чистыми, но на самом кактусе не хватало некоторых из них — по всей видимости, они так глубоко и крепко впились в плоть, что там и остались.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
7 часов назад
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

30 июля
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: