Рак-щелкун сила удара

Уникальная анатомия: подводный удар со скоростью пули

Раки-щелкуны — это семейство красивых, радужных ракообразных, размер которых редко превышает 10 см. Но не дайте красоте и внешней хрупкости себя обмануть: эти животные — хладнокровные убийцы, которым в своей весовой категории почти нет равных. Весь секрет кроется в мускулистых передних конечностях, которые из-за особенностей мускульной анатомии могут буквально «выстреливать» вперед с громким щелчком. Поражающая сила такого удара сравнима с выстрелом из мелкокалиберного пистолета под водой: рак-щелкун легко оторвет конечность даже бронированному крабу.

Как сообщается в Current Biology, ученые внимательно исследовали 114 представителей разнообразных видов и подвидов креветок, в том числе и десяток щелкунов. Они обнаружили два новых вида суставных аппаратов, до сих пор неизвестных науке. Первым оказался простой «скользящий» сустав, подобный тому, что используется в конструкции перочинных ножей: крошечный хрящ создает разницу в давлении, необходимую для мощного щелчка. Второй тип — это модифицированная версия, создающая при необходимости огромное мышечное напряжение, в результате которого щелчок не только происходит намного быстрее, но и создает ударную волну, оглушающую жертву.

Сила удара более чем в 10 раз превышает силу огнестрельного ранения. Причина в том, что тело животного чрезвычайно гибкое, и именно эта гибкость позволяет "спусковому крючку" двигаться так быстро. Когда спусковой крючок нажат, шарнир "спускового крючка" быстро перемещается (со скоростью звука), и удар передается в плоть жертвы.

Аниме

Смесь краба и черепахи с клешнями как у рака щелкуна — черекраб. Его выдумали 3 школьницы из аниме «Руки прочь от киноклуба» для своей короткометражки:

Сверхъестественная сила черекраба основана на реальных способностях креветки-щелкуна.

Краб-щелкунчик - это маленькое, высокоинтеллектуальное ракообразное (например, морской шпиц), у которого очень прочный и острый панцирь. Скорлупа настолько прочная, что ее легко можно проткнуть иглой или зубочисткой. Краб-щелкунчик способен вырабатывать большое количество яда на кончике своего хоботка. Крабовые орехи чрезвычайно ядовиты, и яд крабового щелкуна может привести к смерти любого млекопитающего, которого он укусит.

Сотрудничество

Креветки-щелкуны «дружат» с рыбами-бычками

.

Зрение у рыбки лучше, чем у креветки. Так что креветка делает всю грязную работу, вроде рытья норки или охоты на добычу, а рыба-бычок палит за обстановкой.

Креветка-щелкун держится своими антенками за хвост рыбы-бычка. Если рыба-бычок видит опасность, она дергает хвостом и оба чувака прячутся в норке. Но такая тема есть не у всех креветок-щелкунов и не у всех рыб-бычков, у которых больше двух тысяч видов.

Некоторые креветки-щелкуны живут колониями

, как муравьи.

Термин "креветки-щелкунчики" происходит от названия, данного этому виду Чарльзом Дарвином (1831-1903) после открытия их повадок. Дарвин изучал их в Южной Америке, когда заметил странные движения молодых креветок. Он пытался держать их в маленькой клетке в своем лондонском доме. Однажды они сбежали, и через несколько месяцев вся колония исчезла.
Но Дарвин обнаружил, что эти креветки не были настоящими ракообразными; на самом деле они были личинками ракообразных.

Высокоскоростные видеозаписи

Кавитационный пузырь креветки-щелкуна — дерзкий, как пуля резкий. Ладно, не как пуля. В 4 раза медленнее, чем пуля выходит из пистолета ТТ

. Но всё же, невооруженным глазом фиг что рассмотришь. Вот подборка слоумо-гифок и ссылок на видео, где что-то можно разглядеть.

Кадры из исследования

2000 года: Вид сверху

Высокоскоростная съемка креветок (40 500 кадров в секунду) на виде сверху.

150 x 150 пикселей, 24 бита, 110 кадров, 10 000 кадров/cек, 662 КБ/сек,

время экспозиции без сжатия 25 мкс. Вид сбоку

Высокоскоростная съемка креветок (13 500 кадров в секунду) при виде сбоку.

128 x 128 пикселей, 24 бита, 75 кадров, 10 000 кадров/cек, 480 КБ/сек, без сжатия.

Время выдержки 75 мкс. Вид спереди (раз)

Высокоскоростная съемка креветок (2000 кадров в секунду) спереди.

512 x 144 пикселей, 8 бит, 101 кадр, 10.000 кадров / сек, 720 КБ / сек,

время экспозиции без сжатия 25 мкс. Вид спереди (два)

Высокоскоростная съемка креветок (2000 кадров в секунду) спереди.

512 x 144 пикселей, 8 бит, 101 кадр, 10.000 кадров / сек, 720 КБ /сек, время экспозиции без сжатия 25 мкс.

Кстати, ультовать кавитацией при охоте могут не только креветки-щелкуны. У креветки-богомола

есть пара молоткообразных хищных придатка, которыми она лупит добычу.

Ученые думают, что кавитация у креветок-богомолов скорее баг, чем фича. Кавитационные пузыри калечат хищные придатки — со временем поверхность придатков покрывается ямками и углублениями. Креветки-богомолы линяют чаще котиков, так что борются с побочкой, обновляя панцирь.

У креветок-богомолов столько фишек интересных, что я уже хочу отдельно про них написать. А пока просто посмотрите какие они красивые:

http://www.youtube.com/watch?v=oV5IpkW0gE8
Но что произойдет, если мы применим эту технологию к целому семейству животных?
Вы ведь видели, как я работаю на компьютере, верно? Итак, вот эксперимент, который я провел сам. Я купил коробку папиросной бумаги. Я распечатал несколько десятков из них. Я положил каждый из них в пластиковую ванну. Затем я поместил их в небольшой бассейн с водой. Затем я позволяю им раствориться. Они стали прозрачными.

Самое быстрое и сильное животное на Земле оказалось беспомощным на суше

Раки-богомолы — ракообразные, которые обитают в западной части Тихого океана от Тайвани и Рюкю до залива Петра Великого. В спокойном состоянии их лапы напоминают конечности богомола, а во время охоты на других ракообразных, рыб, моллюсков и многощетинковых червей их клешни двигаются быстрее и мощнее, чем движения любого другого существа на Земле.

Скорость и сила ударов одного из представителей вида, рака-богомола роскошного (Odontodactylus scyllarus), наносит удары с силой, сравнимой с убойностью пули мелкокалиберной охотничьей винтовки.

Исследователи решили выяснить, насколько их клешни эффективны на суше. Для этого они отобрали несколько самых агрессивных особей вида Squilla mantis, которые используют клешни, чтобы проткнуть добычу. Ученые ожидали, что на суше они будут бить еще быстрее и сильнее, однако наблюдения показали, что сила удара многократно снизилась.

Дело в том, что воздух гораздо хуже рассеивает энергию удара, которую поглощают защитные структуры внутри их конечностей. При той же скорости и силе атаки конечности ракообразных очень быстро разрушились бы, отмечают исследователи.

Ранее биологи обнаружили зачатки абстрактного мышления у шмелей. Определить это исследователям из Университета Куин Мэри удалось с помощью наблюдения за тем, как насекомые щупали или смотрели на различные фигуры из сладкого сахара или горького хинина.

Шмели находили такие изображения приятными, в то время как муравьи не могли их почувствовать. Исследователи использовали эту информацию для разработки алгоритма расчета интенсивности визуального стимула. Это может помочь ученым лучше понять процессы познания.
Ученые изучают способы остановить размножение раковых клеток. Один из способов - замедлить их рост, блокируя их способность к делению. Дополнительный метод включает блокирование способности стволовых клеток дифференцироваться в различные виды клеток. Ученые также пытаются найти лекарства, нацеленные на белки, которые позволяют раковым клеткам бесконтрольно делиться.
Разработкой противораковых методов лечения руководил доктор

Супер-сила креветки

До 2000 года ученые считали, что громкий звук возникает от удара двух половинок клешни друг о друга. Но потом доказали, что в громком звуке замешана гидродинамика.

Креветка может сомкнуть клешню очень быстро: кончик подвижной части ее клешни движется со скоростью 20 м/с. Вода, находящаяся между половинками клешни, выдавливается и образует водную струю со скоростью 30 м/с, или 100 км/ч. Скорость водяной струи настолько высока, что мы получаем падение давления ниже давления водяного пара, что приводит к кавитации

.

. Когда давление водяного пара падает до уровня окружающей атмосферы, струя начинает сворачиваться в столб воды. Это сжатие контролируется регулируемым регулирующим клапаном.

Недоразумение в ВМФ США

Во время Второй мировой войны треск креветок-щелкунов начал мешать работе гидролокатора, который военные США использовали для обнаружения подводных лодок противника.

ВМФ нужно было знать, откуда исходит шум, поэтому они обратились к исследователям из отдела военных исследований Калифорнийского университета, которые обнаружили его источник: многочисленные сообщества крошечных креветок-щелкунов, населяющие коралловые рифы.

Военно-морской флот даже записал звуки креветок-щелкунов в учебный протокол, чтобы операторы гидролокаторов научились распознавать креветок, когда они их слышали.

В природе, шум кораллового рифа обычно индикатор его здоровья. Активная охота = сбалансированная экосистема.

Но для военно-морского флота креветки-щелчки были досадной помехой. Они стали угрозой способности военно-морского флота обнаруживать подводные лодки кораблей.

Скины

А вот просто несколько фоток креветок-щелкунов:

Это интересная история. Как только я начал изучать "щелкунчиков", я понял, что они будут отличной группой для моей следующей серии мини-комедийных скетчей. Я не могу дождаться, когда вы прочтете о том, как они стали такими популярными!
"Щелкунчики" появились после того, как люди увидели, как они выкладывают забавные рисунки щелкунчиков на Facebook. Глядя на эти юмористические рисунки, я решил, что должен сделать несколько щелкунчиков.

Кавитация

Кавитация возникает, когда скорость воды очень высока, и в этом случае давление значительно падает из-за принципа Бернулли. Давление падает даже ниже давления водяного пара, и вода будет испаряться, т.е. закипать, при температуре окружающей среды. Из-за низкого давления образующийся паровой пузырь вырастет примерно до 1 см. Но когда давление снова повысится, этот пузырь схлопнется, высвободив энергию.

Ученые записали на гидрофон

и сняли креветок на высокоскоростную видеокамеру, которая записывает 40 000 кадров в секунду, т.е. каждые 25 микросекунд камера делает снимок. Только при такой скорости записи стало возможно рассмотреть закрытие когтя, рост пузыря и схлопывание пузыря.

Камеру настроили так, что щелчок — стал триггером для срабатывания камеры, но при этом камера все равно писала кадры до триггера. Все эти танцы с бубном, чтобы в супер-слоумо заснять, что произошло в промежутке сразу после закрытия когтя.

Потом ученые свели записи звука и видео по времени и выяснили, что во время закрытия клешни не было звука, и что очень сильный сигнал приборы уловили именно во время схлопывания пузыря. Клешня закрывается за долгое время (долгое по шкале времени высокоскоростной камеры, 600 микросекунд) до того, как пузырь схлопывается, и приборы регистрируют очень громкий взрыв в 200 дБ.

Если что, Википедия говорит

, что 200 дБ — это шумовое оружие. 130 дБ — Болевой порог (самолёт на старте) 140 дБ — Контузия (звук взлетающего реактивного самолета) 160 дБ — Шок, травмы (ударная волна от сверхзвукового самолёта) При уровнях звука свыше 160 дБ возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 — смерть.

Кавитационная эрозия в двигательных установках судов — серьезная проблема. Когда вода обтекает гребной винт корабля с большой скоростью, создается разрежение, и возникающие кавитационные пузыри повреждают гребной винт корабля. Большие металлические лопасти повреждаются из-за схлопывания пузырьков, образующихся вокруг пропеллера. Дельфины не могут плавать

со скоростью более 15 м/с — их «кавитация» за бочок кусает. А тунцы могут, у них болевых рецепторов на плавниках нет, им все равно на повреждения тушки.

В этой статье

прям подробно и с терминами описывают предположительную физику всего процесса.

По сути, клешня креветки-щелкуна — это механизм, который работает по принципу «молот бьет по наковальне».

(a ) Щелкающие компоненты клешней креветки: d соответствует дактилю, p — поршню и s — гнезду.

( б ) закрытая клешня; виден канал, через который выходит поток.

( c ) Визуализация упрощенной геометрии когтя, используемой в исследовании выше.

Выстрел схематично:

Креветка использует кавитационный пузырь, чтобы повредить, оглушить или даже убить свою добычу.

Фото ниже — покушение на бедного краба.

Я сделал это в качестве примера того, как работает коготь. Клешня представляет собой цилиндр с движущимся внутри поршнем. Поршень натягивается пружиной.
Вот основная идея, лежащая в основе исследования.
Начальная конфигурация клешни показана на изображении ниже. Верхняя часть когтя - это “молоток”. Нижняя часть - это “наковальня”. Две части соединены поршнем. Поршень соединен с источником жидкости. Поршень толкается жидкостью, поступающей из источника.

Креветочная люминесценция

В ходе другого эксперимента, выяснили, что кавитационные пузыри креветок еще и светятся.

Ученые увидели короткую интенсивную вспышку света при схлопывании пузыря. Из-за сходства с сонолюминесценцией это явление назвали «shrimpoluminescence

», что-то вроде «креветколюминисценция».

Длительность вспышки менее 10 нс. Общее количество фотонов, испускаемых изнутри горячего пузыря, составляет до 5 × 10

⁴

фотонов, что обычно на один-два порядка меньше, чем сонолюминесценция от одного схлопывающегося пузыря. Поэтому свечение креветок не может быть обнаружено невооруженным глазом.

Излучение света при схлопывании пузыря может не иметь биологического значения, возможно это просто побочка коллапса пузыря.

Более того, в 2019 году чуваки заморочились, купили на e-Bay креветку-щелкуна, собрали ее панцири после линьки, напечатали на 3D-принтере аналог клешни, только в 5 раз больше и добыли с помощью него плазму. Теперь думают, как эту бандуру применять, предлагают продукты дезинфицировать

. Вот ссылочка

на статью про исследование.

Другие виды применения
"Фонарики из панциря креветки" используются в качестве украшения на рождественских елках. Лампа из креветок известна как "креветочный пластун" и похожа на китайский фонарь.

Креветка-щелкун

Варианты русскоязычных названий семейства Alpheidae

: раки-щелкуны, креветки-щелкуны, креветки-пистолеты, щелкающие креветки.

Креветок-щелкунов больше тысячи видов, внешне они могут немного различаться, но у всех есть общая черта: ассиметричная клешня, которой они издают громкий щелкающий звук.

Ареал обитания — примерно везде, хотя большинство видов предпочитает тропические и умеренные прибрежные и морские воды:

Щелкающие креветки издают такой громкий треск, что мешают акустической передаче

под водой.

Пистолетные креветки особенно шумны, издавая свой собственный шум под водой. Они часто встречаются в приливно-отливной зоне и вдоль берега.
Панцирь этих креветок издает характерный звук "щелчка", как при его закрытии.

ТАСС, 26 февраля. В воде удар раков-богомолов – самый мощный и быстрый на Земле, однако на воздухе он гораздо слабее. Это выяснили биологи и физики, результаты исследований которых опубликовал Journal of Experimental Biology.

"Изначально я изучала электрофизиологические свойства тела этих раков, поместив их в специальную структуру, которая удерживала их клешни в воздухе, а жабры – в воде. Мимо проходил мой коллега, который предложил измерить силу удара раков в воздухе, чего раньше никто не делал", – рассказала о предыстории своего исследования Кейт Феллер, нейрофизиолог из Кембриджского университета (Великобритания).

Раки-богомолы – это крупные ракообразные, которые обитают в западной части Тихого океана от Тайвани и Рюкю до залива Петра Великого. Свое название животные получили благодаря тому, что их передние ногочелюсти согнуты под углом и в спокойном состоянии напоминают передние лапы богомола. Раки-богомолы – хищники, они охотятся на других ракообразных, рыб, моллюсков и многощетинковых червей.

Недавно эти беспозвоночные существа начали привлекать внимание инженеров и физиков благодаря своим "боксерским" качествам. В частности, ученые обнаружили, что рак-богомол роскошный (Odontodactylus scyllarus) может наносить рекордно быстрые удары с такой же силой, как пуля мелкокалиберной охотничьей винтовки. Таким образом эти ракообразные могут не только убивать мелкую рыбу и других беспозвоночных, но и раскалывать камни и стеклянные стенки аквариума.

Изучение структуры ног этого рака показало, что его конечности представляют собой биологический аналог молотка из композитного материала. Они состоят из твердых и мягких слоев, которые повышают силу удара. Вдобавок они покрыты своеобразными "боксерскими перчатками", переплетенными слоями из гибких нитей хитина. Они работают как губка, поглощая вибрации и защищая конечности рака от растрескивания.

!!frag-20/22