Czwartek 22.10.2020

Poznaj diabelskiego żuka, który może przetrwać kolizję z samochodem

Wyposażony w super mocną zbroję, owad może przetrwać zdeptanie lub nawet przejechanie przez samochód. Teraz naukowcy zbadali tajemnice tego, jak chrząszcz może wytrzymać siły do 39 000 razy większe od jego masy ciała. Odkrycia mogą dać wskazówki, jak budować twardsze materiały do użytku w budownictwie i lotnictwie.



Phloeodes diabolicus Źródło: Jesus Rivera / UCIPhloeodes diabolicus Źródło: Jesus Rivera / UCI

Phloeodes diabolicus ma jeden z najtrwalszych naturalnych egzoszkieletów, jakie kiedykolwiek widzieli naukowcy. Według badań opublikowanych w środę w czasopiśmie Nature, zbroja owada jest tak trwała, że nawet rozjechanie przez samochód wyrządzi mu niewielką szkodę.
Zespół z Purdue University i University of California, Irvine (UCI) wywnioskował, że kiedy na chrząszcza jest wywierany ogromny nacisk, jego „odporna na zgniatanie” skorupa dostosowuje się do sytuacji poprzez rozciąganie. Jego prawie niezniszczalna skorupa w połączeniu z przekonującymi umiejętnościami aktorskimi, jeśli chodzi o udawanie martwego, chroni chrząszcza przed drapieżnikami.

Odkrycie może doprowadzić powstania „twardych, odpornych na uderzenia i zgniatanie materiałów” ‒ twierdzi zespół kierowany przez Davida Kisailusa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine.

Diaboliczny pancernik (Phloeodes diabolicus) występuje głównie w USA i Meksyku, gdzie żyje pod korą drzew lub pod skałami. Chrząszcz ma jeden z najtwardszych egzoszkieletów spośród wszystkich znanych owadów.

Już wcześniej zbieracze owadów, odkryli jak twardy może być pancerz Phloeodes diabolicus, próbując przymocować okazy do desek za pomocą standardowych stalowych kołków. Kołki wyginały się i pękały, więc musieli użyć wiertła, aby przebić twardą skorupę owada.

Naukowcy odkryli, że skorupa tego owada, ewoluowała tak, aby go chronić. U latających chrząszczy elytra to twarde przednie skrzydła, które działają jak osłony, chroniąc delikatniejsze żyłkowane tylne skrzydła, których owad używa do lotu. Ponieważ diaboliczny pancernik nie lata, jego elytra stwardniała jeszcze bardziej i została połączona wzdłuż linii szwu, aby działać bardziej jak zbroja.

Zespół badaczy wykazał, że ten egzoszkielet składa się z chityny, materiału włóknistego pochodzącego z glukozy oraz macierzy białkowej. Kiedy porównali egzoszkielet diabolicznego pancernika z podobnym chrząszczem, odkryli, że pancernik ma znacznie więcej białka – o około 10 procent.

Ale linia szwu, wzdłuż której łączą się elytra chrząszcza, ostatecznie odegrała kluczową rolę w wytrzymałości.

„Szew działa jak układanka” ‒ powiedział Pablo Zavattieri, specjalista ds. Materiałów, z Uniwersytetu Purdue. Kiedy zespół przyjrzał się bliżej, aby zaobserwować, jak te zazębiające się struktury działają pod naciskiem, znaleźli coś interesującego.

Zamiast rozerwać się, jak można by się spodziewać, mikrostruktury w ostrzach egzoszkieletu ustąpiły miejsca równoległemu pękaniu warstwowemu, procesowi znanemu jako rozwarstwienie.

Pomaga w tym powłoka z mikroskopijnych włosów zwanych mikrotrychiami na zewnętrznych powierzchniach ostrzy, które zwiększają tarcie, zapobiegając zsuwaniu się zazębiających się krawędzi. Ta kombinacja cech pozwala elytrze na delikatniejsze odkształcanie się, co bardziej równomiernie rozprasza energię i zapobiega pęknięciu egzoszkieletu.

W testach kompresji naukowcy odkryli, że chrząszcz może wytrzymać siłę około 39 000 razy większą od swojej masy ciała ‒ co stanowi równowartość 200-kilogramowego mężczyzny.

„Chrząszcz ten żyje na ziemi, więc nie jest lekki i szybki, ale zbudowany bardziej jak mały czołg” - powiedział David Kisailus.

Naukowcy są przekonani, że zrozumienie, co sprawia, że skorupa żuka jest tak wytrzymała, będzie miało praktyczne zastosowanie również dla ludzi.

To odkrycie może utorować drogę do opracowania trwalszych materiałów, aby sprostać wyzwaniom inżynieryjnym. Może to na przykład doprowadzić do powstania bezpieczniejszych silników lotniczych, w których stosowane są elementy, które zwiększają naprężenia strukturalne i zwiększają trwałość całego silnika.
Ekologia.pl (JS)

Bibliografia

  1. “https://www.sciencealert.com/scientists-finally-know-the-secret-of-the-uncrushable-beetle-s-power-armour”; data dostępu: 2020-10-22
  2. “https://news.uci.edu/2020/10/21/uci-materials-scientists-discover-design-secrets-of-nearly-indestructible-insect/”; data dostępu: 2020-10-22
Ocena (5.0) Oceń:
Pasaż zakupowy