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.
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.
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.
