Остерегайтесь прыгающей чоллы, Cylindropuntia fulgida. Этот кустарниковый, ветвистый кактус, если его спровоцировать прикосновением, закрепит свои растопыренные шипы в плоти обидчика. Колючие шипы сцепляются так сильно, что часть кактуса часто отрывается вместе с ними, оставляя жертве колючую проблему.
Это один из шести видов кактусов, подвергнутых тщательному тестированию научным сотрудником Университета Иллинойса Стефани Крофтс и профессором биологии животных Филипом Андерсоном. Исследователи, изучающие биомеханику прокалывания растений и животных, хотели узнать, как структура позвоночника влияет на его производительность.
Они обнаружили, что те же самые биомеханические особенности, которые позволяют шипам чоллы и другим колючим шипам легко проникать в плоть животных, также затрудняют их выбивание. Исследователи сообщают о своих выводах в Proceedings of the Royal Society B..
«Мы изучаем фундаментальную механику прокола и то, как различия в колючках кактусов, в частности в их микроструктуре, влияют на то, как они прокалывают и закрепляются во всем, что прокалывают», - сказал Крофтс.
Помимо чоллы, исследователи оценили колючки Echinocactus grusonii, кактуса с золотым бочонком; Opuntia fragilis, или опунция ломкая; Pereskia grandiflora, розовый кактус; Echinopsis terscheckii, аргентинский сагуаро; и Opuntia polyacantha, равнинная опунция.
Колючки кактуса могут иметь множество функций, включая защиту растения от хищников, создание тени и сбор воды из тумана. Колючки чоллы служат для размножения: цепляясь за любое существо, которому не повезло проскочить мимо них, шипы помогают растению распределять части себя по новым местам.
Чтобы сравнить разные шипы, Крофтс и Андерсон протестировали их на куриных грудках без кожи, свиных лопатках (с кожей) и синтетических эластомерах разной плотности. Они измерили, какое усилие требуется для прокола и извлечения каждого материала с каждым типом шипа.
«Прежде чем мы начали эксперименты, мы рассмотрели шипы под сканирующим электронным микроскопом», - сказал Крофтс. «Зазубренные иглы - такие же, как у чоллы - были невероятно похожи на иглы дикобраза, изученные другими группами».
Как и иглы дикобраза, колючие колючки кактуса имеют гонтовый вид в результате наложения слоев шипов. Исследователи обнаружили, что, как и на иглах дикобраза, колючки кактуса как раз подходят для захвата мышечных волокон животных.
Исследователи обнаружили, что шипы без зазубрин требуют дополнительной работы, чтобы инициировать перелом. Колючие шипы легче проникали в цель и требовали для этого меньше усилий. Их также было труднее удалить из животных тканей.
«Для эффективного прокола позвоночник чоллы должен иметь возможность очень легко проникать в цель, поэтому достаточно легкого касания», - сказал Андерсон. «В то же время его должно быть очень трудно удалить».
В иглах дикобраза и зазубренных колючках кактусов зазубрины действуют как маленькие заостренные лезвия, которые концентрируют напряжение и заставляют ткани животных легче ломаться, сказал Андерсон.
«Зазубрины цепляются за ваши мышечные волокна, и их трудно удалить», - сказал он.
Исследователи обнаружили достоверные различия в производительности между видами кактусов. Например, O. polyacantha «требовало значительно больше усилий для извлечения из курицы, чем для любого другого вида», - обнаружила команда. Колючки Cholla было значительно труднее извлечь из свиной ткани. На самом деле, один позвоночник чоллы мог бы поднять за кожу полуфунтовый кусок свинины.
Неприятные выводы пошли еще дальше. Команда обнаружила, что колючие шипы, удаленные из куриной грудки, оказались покрытыми тканью животного происхождения. Колючие шипы в свиной плоти оказались чистыми, но без некоторых шипов. Те, предположительно, остались во плоти.