Кутикула насекомых крепче костей позвоночных животных

Экзоскелет у насекомых, образованный кутикулой, является одновременно и исключительно жестким, и беспримерно прочным. Кутикула насекомых может быть тонкой и мягкой, а может – удивительно прочной и плотной. Она считается вторым по прочности биоматериалом после древесины. Учитывая многочисленность обитающих на нашей планете насекомых, это совсем не удивительно. Вместе с тем до сих пор ученые еще не раскрыли до конца все свойства этого удивительного материала.

Исследователи из дублинского Тринити-колледжа решили изучить биомеханические свойства задних ног у кузнечиков. Всем известно, что эти насекомые обладают большой прыгучестью: отталкиваясь задними ногами, они способны преодолевать расстояния, во много раз превышающие длину их собственного тела. Понятно, что для того чтобы выдержать такую нагрузку, ноги кузнечиков должны обладать высочайшей жесткостью, иначе гибкость гасила бы силу толчка. То есть при большой жесткости ноги кузнечиков, казалось бы, должны быть достаточно хрупкими. Однако ученые доказали, что это не так.

Оказалось, что кутикулярный экзоскелет задних прыгательных конечностей у этих насекомых не ломается, даже если на задних ногах кузнечика сделать насечки для уменьшения их прочности.

Получается, что благодаря кутикуле прыгательные конечности кузнечиков обладают двумя кажущимися несовместимыми качествами – удивительной прочностью и при этом исключительной жесткостью. По словам исследователей, прочность задних прыгательных ног у кузнечиков является одной из наивысших среди всех существующих биоматериалов. Если рога полорогих копытных и оленей еще могут потягаться в прочности с кутикулярным экзоскелетом, то обычные кости ему точно уступают по этому свойству.

Авторы исследования отмечают, что на биомеханические свойства кутикулы сильно влияет содержание воды: при ее недостатке жесткость возрастает, но при этом также увеличивается и ломкость.

У ученых осталось еще много вопросов по поводу кутикулы: например, как прочность и жесткость этого материала варьируются у разных видов? Обладают ли ноги жуков такой же прочностью, как и ноги кузнечиков? Только ли кутикула обеспечивает такую прочность конечностям насекомых? В любом случае, важная роль кутикулы является неоспоримой. Возможно, в будущем биоинженеры создадут искусственный материал, обладающий таким же удивительным и беспримерным сочетанием механических характеристик.