Биологи выяснили, в чем секрет прочности жгучих волосков крапивы и комариных хоботков

Как острые части растений или насекомых, будь то жало комара или иглы кактуса и волоски крапивы, могут быть настолько прочными, чтобы прокалывать кожу человека и при этом не ломаться? Оказалось, что их структуры очень похожи.

Ученые из Датского технического университета опубликовали в журнале Nature объяснение принципов строения шипов, игл и жал. Также исследователи смогли объяснить, почему они могут травмировать кожу человека и оставаться целыми. Результаты этой научной работы в будущем можно использовать в биомиметике – разработке новых инструментов и медицинского оборудования, идея и основные элементы которых позаимствованы из живой природы.

Ученые неоднократно сталкивались с тем, что маленькие стеклянные пипетки, которые необходимы при заборе жидкости из растительных клеток, разрушаются при контакте с клеточной стенкой.  Они решили подробнее изучить растения, обладающие колючками, а также иголки некоторых животных и насекомых. Например, кровососущих комаров или морских ежей.

В эксперименте было задействовано более 200 видов различных представителей живой природы. Их шипы, жала и прочие заостренные части разных форм и размеров  ученые применяли для  цепляния за поверхности, защиты, питания. Для сравнения в эксперимент включили искусственные острые предметы – гвозди, иглы для шприцев и копья длиной до шести метров. Так ученые пытались установить взаимосвязь между прочностью и эластичностью натуральных и искусственных шипов.

«Мы установили, что существует четкая корреляция между длиной иглы или жала и диаметром как близко к кончику, так и в месте его прикрепления к «хозяину». Мы раскрыли оптимальную стратегию проектирования, которая связывает их длину, диаметр основания и силу трения на единицу площади.  Необходимая прочность, и эластичность кончика – будь то колючка крапивы или жало комара – может быть гарантирована, – говорят авторы исследованя. – Кроме того, теперь нам абсолютно очевидно, что  острые предметы природного происхождения находятся на самом краю того, что физически возможно. При этом все природные проекты похожи, независимо от того, смотрим ли мы на наноразмерные пики вируса или на полутораметровый шип рыбы-меч».

Эксперты уверены, что полученные результаты могут пригодиться при разработке новейшего типа игл, которые используют в медицинской практике. Также эти данные вполне можно применять и для разработок в  промышленности.