Броньовані Жуки майже незламні - ви можете вдарити їх, натоптати на них або переїхати на машині, і вони втечуть, не розчавившись. Птахи, ящірки та гризуни часто намагаються це з’їсти, але рідко досягають успіху. Якщо його збив автомобіль, істота все ще жива. І тут криється її дивовижна натура .
Тепер вчені знають, чому зовнішні крильчасті ящики цих жуків, відомі як елітри, настільки міцні: вони складаються з серії плавно з'єднаних частин головоломки; геометрія та внутрішня структура цієї конструкції "головоломки" збільшують міцність броні скарабея.
Броньовані жуки (Phloeodes diabolicus) мають довжину від 15 до 25 міліметрів і зустрічаються в лісових місцях проживання на заході Північної Америки, де вони живуть під корою дерев. Хоча їх предки могли літати, броньовані жуки давно втратили свої льотні здібності, а їх надводки запобіжники, утворюючи щит, стійкий до розчавлювання.
 |
| a, Зображення DIB (броньований жук). Вага, 5 мм. b, Зображення сталевого штифта, зігнутого елітрою з DIB. Вага, 5 мм. c, Репрезентативна крива сили переміщення для жуків, випробуваних на стиск. Графіки вставки, що показують середнє та стандартне відхилення нормованого максимального навантаження (сила/вага жука); кількість зразків N = 5. Додаткові жуки, випробувані на стиск (зверху вниз): E. grandicollis, A. verrucosus і C. muricata . Ваги, 5 мм. d-f, Оптичні мікрофотографії перерізу DIB (d), що вказують на міжфазні архітектурні області, що представляють інтерес: медіальні шви (e) та бічні опори (f). g, Легка мікрофотографія шовного перерізу японського літаючого жука, Trypoxylus dichotomus . Врізка, надкрила Т. dichotomus . Вага, 10 мм. |
Ентомологи дуже добре знайомі з міцністю цих бар’єрів. Згідно з новим дослідженням, опублікованим у журналі "Nature", зусилля, спрямовані на фіксацію зразків жуків з бронею для монтажу, демонстрації та зберігання, часто закінчуються непросвердленою комахою та купою зігнутих сталевих штифтів. .
| Зразок броньованого жука |
Дослідники провели тести на стиснення жуків, щоб побачити, наскільки силою можуть витримувати ці щити перед тим, як зламатися. Вони виявили, що "залізні" жуки можуть витримувати безперервні сили до 149 ньютонів, або 15 кілограмів. Згідно з дослідженням, це приблизно в 39 000 разів перевищує масу тіла жуків і більш ніж удвічі перевищує силу, яку можуть витримати інші види наземних жуків.
Збройний екзоскелет
Поперечний переріз диявольського броньованого жука виявляє шари бічних опор у його екзоскелеті. (Зображення: Девід Кісаліус)
Мікроскопічний аналіз поперечних зрізів екзоскелета показав бокові опорні конструкції, які робили деякі частини надкрила більш жорсткими, ніж інші, щоб рівномірно розподілити вагу по спині жука та захистити його органи. І більше підкріплення надходило від шва, де надкрила зливались.
У літаючих родичів броньованого жука елітри поєднуються в "шпунтовій конструкції", що дозволяє їм плавно відкривати, закривати і звільняти нижні крила для польоту, повідомляють дослідники. Але у броньованих жуків зрощені елітри збігаються, мов шматочки головоломки, вздовж живота комахи. Виступаючі частини цих блокуючих частин, які називаються лезами, також розподіляють напруження по екзоскелету, запобігаючи його тріщинам.
Вчені також виявили шаруваті мікроструктури в поперечних перерізах лопатей, які ще більше відхиляли напругу від найбільш вразливих частин, захищаючи вузькі "шийки" зв'язаних шматочків головоломки від переломів і змушуючи шматочки злипатися між собою більш безпечно.
| Зразки Phloeodes diabolicus або броньованих жуків. WIKIMEDIA COMMONS |
Виявлення біологічної архітектури, яка робить екзоскелети броньованих жуків майже незламними, може допомогти інженерам розробити конструкції, які є більш стійкими до ударів, і дослідники випробували це за допомогою власних 3D-друкованих конструкцій.