Ученые изучили проникающую способность колючек кактусов
Остерегайтесь опунции черепитчатой (Cylindropuntia fulgida). Этот кустистый кактус, если его задеть, вонзит свои растопыренные колючки в плоть обидчика. Зазубренные колючки держатся так крепко, что сегмент кактуса часто отламывается вместе с ними.
Это один из шести видов кактусов, тщательно протестированных постдоком Стефани Крофтс и профессором Филипом Андерсоном из Университета Иллинойса. Исследователи, изучающие биомеханику проникающих растений и животных, хотели выяснить, как структура колючки влияет на её эффективность.
Они обнаружили, что одни и те же биомеханические свойства, которые позволяют колючкам опунции и другим зазубренным шипам легко проникать в плоть, также затрудняют их извлечение. Результаты опубликованы в Proceedings of the Royal Society B.
Помимо опунции черепитчатой, исследователи оценили колючки:
- Echinocactus grusonii (золотой бочонок)
- Opuntia fragilis (хрупкая опунция)
- Pereskia grandiflora (роза кактусов)
- Echinopsis terscheckii (аргентинский сагуаро)
- Opuntia polyacantha (равнинная опунция)
Колючки кактусов могут выполнять различные функции, включая защиту от хищников. Колючки опунции черепитчатой имеют репродуктивную цель: зацепившись за любое животное, они помогают растению распространять свои части на новые места.
Для сравнения колючек Крофтс и Андерсон тестировали их на куриных грудках без кожи, свиных лопатках (со шкурой) и синтетических эластомерах разной плотности. Они измеряли усилие, необходимое для прокола и извлечения из каждого материала каждым типом колючки.
Под сканирующим электронным микроскопом зазубренные колючки (как у опунции) выглядели поразительно похожими на иглы дикобразов. Как и иглы дикобраза, они имеют черепитчатую структуру из-за перекрывающихся слоёв зазубрин. Эти зазубрины идеального размера, чтобы цепляться за мышечные волокна животных.
Ключевые выводы:
- Колючки без зазубрин требовали больше работы для инициации прокола.
- Зазубренные колючки легче проникали в мишени и требовали для этого меньше работы, но их было значительно труднее удалить из животной ткани.
- Зазубрины действуют как лезвия, концентрируя напряжение и заставляя ткань легче разрушаться, а затем цепляются за мышечные волокна.
Исследователи обнаружили достоверные различия между видами:
- Колючки O. polyacantha требовали значительно больше работы для извлечения из куриной грудки, чем у любого другого вида.
- Колючки опунции черепитчатой было значительно труднее извлечь из свиной ткани. Одна такая колючка могла удержать на весу кусок свинины весом в полфунта (≈227 г) за шкуру.
- Зазубренные колючки, извлечённые из куриной грудки, были покрыты тканью животного.
- Зазубренные колючки, извлечённые из свинины, выходили чистыми, но без части своих зазубрин, которые, предположительно, оставались в плоти.