Гипергравитация сделала экзоскелет саранчи прочнее
Длительное воздействие условий гипергравитации на саранчу может повлиять на структуру экзоскелета насекомого. Это показал эксперимент в центрифуге. Саранча приспосабливалась к небольшой перегрузке: бедра насекомого увеличились в размерах, а ноги стали крепче.
Многие биологические материалы, такие как кость, дерево, хорошо адаптируются к физическим нагрузкам и становятся прочнее. Способность к такой адаптации, например, костей хорошо показывает модель американского врача и хирурга Гарольда Фроста, которую он назвал механостатом. Модель описывает изменение костей (ремоделирование) в зависимости от сил, которые воздействуют на них.
Фрост утверждал, что нагрузка на кость запускает процесс ремоделирования. По мнению ученого, существуют три вида таких нагрузок:
— «Отмирание», когда снижается костная масса и прочность костей;
— «Сохранение», когда костная масса и прочность костей остаются неизменными;
— «Импульсная нагрузка», когда увеличиваются костная масса и прочность костей.
На этапе как «отмирания», так и «сохранения» ремоделирование заменяет костный материал и устраняет микротрещины. На этапе «импульсной нагрузки» механическое воздействие на кость запускает реорганизацию дополнительного костного материала.
Иными словами, Фрост показал, что кости приспосабливаются к механическим изменениям, нагрузка их только укрепляет. Ту же самую мысль намного раньше высказывал немецкий врач Юлиус Вольф.
Пока что модель механостата применяли только к изучению прочности внутренних скелетов амфибий, птиц, рептилий и млекопитающих, которые составляют приблизительно 20 процентов от общего числа видов животных на земле. До недавнего момента механостат не использовали для исследования экзоскелетов членистоногих, которые представляют остальные 80 процентов видов животных.
Этот недочет попыталась исправить группа ученых из Бременского университета прикладных наук (Германия) под руководством Карена Стамма (Karen Stamm). Исследователи разобрались в вопросе, могут ли животные с экзоскелетами так же хорошо приспосабливаться к нагрузкам, как и животные с внутренними скелетами. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
У некоторых насекомых есть что-то вроде внешней твердой защитной «брони», тонкого, но очень крепкого покрова, состоящего из хитина, — кутикула. Этот экзоскелет защищает насекомое от механического и отчасти химического воздействия. Кутикула обладает прочностью, сравнимой с металлом (при сравнении на единицу веса).
Такая «броня» есть у саранчи. Именно на нее обратил внимание Стамм.
Ученые выращивали саранчу (Locusta migratoria) в течение нескольких недель в специально разработанной центрифуге, имитировавшей гипергравитацию — ускорение, которое создавало для насекомого аналог силы тяжести выше обычной.
Всего Стамм и его коллеги провели четыре испытания: при перегрузке в 1 g, которое не предполагало использование центрифуги, и при перегрузках в 3 g, 5 g и 8 g — уже в центрифуге. Через две недели после опытов ученые исследовали задние пары ног саранчи и проверили, какая сила требуется для их сгибания.
Команда Стамма обнаружила, что у насекомых, подвергавшихся перегрузке в 3 g, ноги были в 1,7 раза крепче, чем у саранчи, которая подвергалась перегрузке в 1 g. Биомеханические измерения и рентгеновская микротомография показали, что у первой группы бедро увеличилось примерно на 67 процентов.
У саранчи, подвергшейся перегрузке в 5 g, прочность конечностей оставалась почти такой же, как у группы, которая испытала перегрузку в 1 g. Саранча, проверенная при перегрузке в 8 g, в большинстве случаев погибала (не погибали те насекомые, которым давали «перерывы на обед», но никаких физиологических изменений у них не наблюдалось).
Ученые подытожили, что результаты их работы могут помочь ответить на фундаментальные вопросы о том, как биологические материалы в целом приспосабливаются и эволюционируют в условиях стресса, а также помогут инженерам в разработке материалов, способных адаптироваться к разным условиям эксплуатации.
В будущих исследованиях Стамм и его коллеги попытаются узнать, у каких еще насекомых может наблюдаться этот эффект, а также постараются выяснить механизмы, стоящие за этими изменениями.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии