Οι πολεμικές γαρίδες mantis που πιάνονται από τις τρύπες τους είναι από καιρό δημοφιλές θέμα για τους υποβρύχιους φωτογράφους – αν και οι περισσότεροι γνωρίζουν ότι κινδυνεύουν με ραγισμένο θόλο-λιμάνι αν πλησιάσουν πολύ.
Αυτές οι μεγάλες γαρίδες έχουν μια ισχυρή γροθιά που μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να σκοτώσουν το θήραμα ή να υπερασπιστούν την περιοχή από τους αντιπάλους. Με τη δυνατότητα να συντρίψει ένα κέλυφος μαλακίων ή να σπάσει το γυαλί του ενυδρείου, αυτή η γροθιά έχει τη δύναμη μιας σφαίρας διαμετρήματος 22, λένε επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Northwestern στο Ιλινόις.
Αυτό που ήθελαν να μάθουν ήταν πώς τα ευαίσθητα νεύρα και οι ιστοί των γαρίδων επιβιώνουν από τα έντονα κρουστικά κύματα που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας – και πιστεύουν ότι έχουν τώρα την απάντηση.
Η γροθιά παρέχεται μέσω των δύο «δακτυλικών ραβδιών» της γαρίδας που μοιάζουν με σφυρί. Αυτά, όπως αποδεικνύεται, καλύπτονται με πολυεπίπεδα σχέδια που, εμποδίζοντας συγκεκριμένους κραδασμούς, σχηματίζουν μια ασπίδα.
Η ομάδα πιστεύει ότι οι αρχές που ισχύουν εδώ θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στην ανάπτυξη συνθετικών υλικών φιλτραρίσματος ήχου ή στην προστασία από τραυματισμούς που σχετίζονται με εκρήξεις.
Κύματα πίεσης και φυσαλίδες
«Οι περισσότερες προηγούμενες εργασίες είχαν επικεντρωθεί στη σκληρότητα και την αντοχή σε ρωγμές του [dactyl] club, αντιμετωπίζοντας τη δομή ως σκληρυμένη ασπίδα πρόσκρουσης», λέει ο καθηγητής Horacio D Espinosa, ειδικός σε βιο-εμπνευσμένα υλικά στο Northwestern και συν-συγγραφέας του μελέτη που μόλις δημοσιεύτηκε in Επιστήμη.
«Βρήκαμε ότι χρησιμοποιεί «φωνωνικούς μηχανισμούς» – δομές που φιλτράρουν επιλεκτικά τα κύματα πίεσης. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στις γαρίδες να διατηρήσουν την εντυπωσιακή τους ικανότητα σε πολλαπλές κρούσεις και να αποτρέψουν τη βλάβη των μαλακών ιστών».
Οι ράβδοι δακτυλίου αποθηκεύουν την ενέργειά τους σε δομές που μοιάζουν με ελατήρια που συγκρατούνται από τένοντες τύπου μάνταλου. Όταν το μάνδαλο απελευθερώνεται, η αποθηκευμένη ενέργεια ωθεί το ρόπαλο προς τα εμπρός με εκρηκτική δύναμη.
"Όταν η γαρίδα mantis χτυπά, η πρόσκρουση δημιουργεί κύματα πίεσης στον στόχο της", λέει ο Espinosa. «Δημιουργεί επίσης φυσαλίδες, οι οποίες καταρρέουν γρήγορα για να παράγουν κρουστικά κύματα στην περιοχή των megahertz.
«Η κατάρρευση αυτών των φυσαλίδων απελευθερώνει έντονες εκρήξεις ενέργειας, οι οποίες ταξίδι μέσα από το κλαμπ της γαρίδας. Αυτό το δευτερεύον φαινόμενο κρουστικού κύματος, μαζί με την αρχική δύναμη πρόσκρουσης, κάνει το χτύπημα της γαρίδας mantis ακόμα πιο καταστροφικό».
Η ομάδα ανέλυσε τη μικροδομή της γαρίδας peacock mantis (Odontodactylus scyllarus) της πανοπλίας και εντόπισε δύο διακριτές περιοχές μέσα στο κλαμπ.
Η περιοχή πρόσκρουσης που προκαλεί τα χτυπήματα αποτελείται από μεταλλοποιημένες ίνες διατεταγμένες σε ένα ενισχυτικό σχέδιο ψαροκόκαλου. Κάτω από αυτό, η περιοδική περιοχή αποτελείται από στριμμένα, σαν τιρμπουσόν δεσμίδες ινών, στις οποίες κάθε στρώμα περιστρέφεται προοδευτικά σε σχέση με τα γειτονικά του.
Καθοριστικός ρόλος
«Η περιοδική περιοχή παίζει κρίσιμο ρόλο στο επιλεκτικό φιλτράρισμα των κυμάτων διάτμησης υψηλής συχνότητας, τα οποία είναι ιδιαίτερα επιζήμια για τους βιολογικούς ιστούς», λέει ο Espinosa. «Αυτό προστατεύει αποτελεσματικά τις γαρίδες από τα καταστροφικά κύματα πίεσης που προκαλούνται από την άμεση πρόσκρουση και την κατάρρευση της φυσαλίδας».
Οι ερευνητές ανέλυσαν δισδιάστατες προσομοιώσεις της κυματικής συμπεριφοράς, αλλά η μελλοντική έρευνα είναι πιθανό να επικεντρωθεί σε «πιο πολύπλοκες τρισδιάστατες προσομοιώσεις για να καταγράψει πλήρως τον τρόπο με τον οποίο η δομή του κλαμπ αλληλεπιδρά με τα κρουστικά κύματα», λέει ο Espinosa.
«Επιπλέον, ο σχεδιασμός υδάτινων πειραμάτων με όργανα τελευταίας τεχνολογίας θα μας επέτρεπε να διερευνήσουμε πώς λειτουργούν οι φωνονικές ιδιότητες σε βυθισμένες συνθήκες». Με επικεφαλής τον Nicolas Alderete του Northwestern, η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας, το Γραφείο Ναυτικής Έρευνας και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.
Επίσης στο Divernet: Το πλάσμα Raja Ampat διαθέτει γαρίδες Peacock Mantis, Critters of the Great Barrier Reef Mantis Shrimp
