Уникальное строение хитинового панциря позволяет американскому жуку пережить нагрузку в 39 000 раз больше его собственного веса

Небольшой жук Nosoderma diabolicum способен выдерживать без вреда для себя воздействие большой силы. Его невозможно раздавить ногой, а недавно ученые дважды проехали по жуку на легковом автомобиле, но он всё равно остался жив. Исследователи выявили особенности строения хитинового панциря жука, обеспечивающие ему такую прочность.

Жук Nosoderma diabolicum был открыт еще в 1851 году. Он обитает в засушливых районах на западном побережье США. Его длина — около двух сантиметров. Жук известен под английским названием diabolical ironclad beetle, что можно перевести как «жук — дьявольский броненосец». Коллекционеры называют его также pin-bender — «сгибатель булавок». Они знают, что такого жука не проткнуть энтомологической булавкой. Чтобы закрепить экземпляр в коллекционном ящике, они вынуждены сначала просверливать его тонким сверлом и лишь затем вставлять булавку.

Надкрылья у него сросшиеся, так что летать этот жук не способен. Зато, в отличие от большинства жуков, чья жизнь длится несколько недель или месяцев, продолжительность жизни достигает семи-восьми лет. Отчасти это связано с прочностью его панциря, спасающего жука от раздавливания и от челюстей и клювов хищников.

Специалист по материаловедению Дэвид Кисайлус (David Kisailus) из Калифорнийского университета в Ирвайне и его коллеги провели ряд экспериментов и установили, что экзоскелет этого насекомого выдерживает силу, в 39 000 раз превышающую вес тела жука. Американские журналисты сопоставляют это с человеком, выдерживающим вес 40 танков «Абрамс М1», а английские — с весом около 280 двухэтажных автобусов.

Помогают в этом как форма хитинового панциря, так и его внутренняя структура. Плоская, а не выпуклая поверхность надкрылий жука способствует более равномерному распределению давления. Сами надкрылья состоят из сверхпрочного слоистого материала, богатого белком. Отдельные слои панциря могут треснуть под давлением, но это не приводит к разрушению всей хитиновой оболочки. Слои участвуют и в перераспределении нагрузки на другие части экзоскелета, так как надкрылья жука соединены с брюшными покровами, образуя своеобразные «боковые опоры», похожие на переплетенные пальцы. Рядом с жизненно важными органами жука переплетения верхней и нижней половины панциря располагаются особенно часто, почти как зубчики застежки-молнии, это соединение жесткое, панцирь здесь не сгибается под давлением. По мере продвижения к задней части панциря выступы верхней и нижней частей становятся реже, поэтому в этой зоне панцирь способен немного сжиматься, чтобы снижать давление.

Надкрылья Nosoderma diabolicum в разрезе. Фото: Jesus Rivera/UCI

Левое и правое надкрылья жука связаны намертво, причем шов между ними имеет особую форму, напоминающую соединение между кусочками паззла, что тоже добавляет жуку прочности. Выступы, образующие шов, содержат слои ткани, склеенные белками, и обладают высокой устойчивостью к повреждениям. Когда жук подвергается давлению, в белковом клее между слоями каждого выступа образуются крошечные трещинки. Эти небольшие заживающие повреждения позволяют выступам поглощать удары, не ломаясь полностью.

Дэвид Кисайлус намерен использовать технические находки жука для создания новых сверхпрочных материалов. «Мы очень довольны, потому что думаем, что сможем использовать такой дизайн в авиационной, автомобильной и спортивной отрасли», — говорит ученый.

Исследование опубликовано в журнале Nature.