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

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.

Вчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

Позавчера, 11:52
4 минуты
Сергей Васильев

В янтаре сохранились не только перья динозавров, но и пившие их кровь насекомые мелового периода.

Вчера, 13:51
23 минуты
Александр Березин

Спутниковые снимки показывают: отказ от пахоты в Штатах ведет к росту урожайности при снижении затрат. Россия, где был создан этот метод, сегодня его почти не применяет. Разбираемся, почему так получилось и чем он лучше традиционной вспашки.

Вчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

9 декабря
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

7 декабря
4 минуты
Илья Ведмеденко

Эксперты измерили радиолокационную заметность нового шведского корвета типа «Висбю»: она оказалась чрезвычайно малой.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Вчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: