Рак-щелкун Атака

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

.

, и вибрация когтя.
Давление водяного пара составляет всего около 1 бар. Кавитационные пузырьки меньше, чем средний пузырь воды, и они взрываются при увеличении давления. Взрыв приводит к тому, что газ выбрасывается в воздух. Весьма вероятно, что этот взрыв вызовет слышимый звук.
Если вы поместите звуковое устройство (например, наушники) перед креветкой, оно создаст громкий звук.

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.

Креветка была сфотографирована с помощью высокоскоростной видеокамеры, и изображения были записаны со скоростью 40 000 кадров в секунду. Позже видеозаписи были обработаны в 3D-визуализацию, и стало возможным четко разглядеть детали панциря, а также клешни.

Креветка-щелкун в культуре

является наиболее широко изученным из всех ракообразных.
Это также является предметом одной из крупнейших
и продолжительных непрерывных исследовательских программ
Национального института рака, которая
проводится с 1953 года.
В дополнение к длинному списку исследовательских
проектов, один щелкунчик был использован в качестве
эксперимента учеными, работающими с
США.

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.

Считается, что креветки будут производить перекись водорода в присутствии наночастиц оксида железа (NPs), которые затем окисляют оксид железа в NPS оксида железа, выделяя кислород. Затем кислород может вступать в реакцию с некоторыми частицами железа с образованием дополнительных кислородных радикалов, которые могут дополнительно расщеплять оксид железа на более мелкие частицы оксида железа. Эти новые частицы оксида железа затем могут катализировать образование перекиси водорода.

Один из самых громких обитателей морских вод - рак-щелкун

Примечательно, что большая клешня членистоногого по размеру равна половине его тела.

Семейство охватывает больше тысячи видов, которые включают 38 родов.

Ареалы обитания – умеренные зоны тропических и прибрежных вод. Некоторые разновидности обитают в холодных морях и наименьшее количество - в наводненных пещерах.

Креветки имеют характерную особенность – разные размеры клешней, одна из которых продуцирует щелкающий звук большой громкости.

Synalpheus fritzmuelleri. Фото: wikipedia

Членистоногие могут побороться с кашалотами или белухами за звание самых шумных «жителей» морей.

Животные используют щелканье для «общения» и охоты.

Во время охоты креветка притаивается в укрытии и выставляет антенны наружу, чтобы почувствовать, когда рядом будет проплывать добыча. Ощутив движение рыбешки, она выскакивает из норки, щелкает клешней и производит звук в 180 дБ, который оглушает жертву. После рак затаскивает добычу в нору и поедает ее. Щелканье животного способно даже разбить стеклянную банку.

В тот момент, когда креветка ударяет «подвижной» клешней о неподвижную, появляется эффект, называемый кавитацией – резкий перепад давления в жидкости с образованием пузырьков газа, которому сопутствует взрывной звук. Колонии раков даже способны мешать работе сонаров.

Раки-щелкуны умеют сосуществовать с рыбами-бычками и делить с ними логово.

Alpheus randalli с бычком из рода Amblyeleotris. Фото: wikipedia

Симбиотические отношения обитателей моря складываются таким образом: рак-щелкун вырывает нору, а бычок охраняет ее и непрестанно следит за обстановкой. Когда партнеры покидают жилище, рак поддерживает связь с рыбой посредством своих антенн. А бычок, обладающий хорошим зрением, сообщает товарищу об опасности с помощью особых движений хвоста.

Крошечная Рыбка-Улитка
Разновидность очень распространенной морской улитки, эти существа обычно встречаются на глубине до 30 метров. Они также известны как улитки, потому что имеют такой маленький размер, некоторые достигают всего 3 сантиметров в длину. Улитка - это брюхоногий моллюск, разновидность червя.
В толще воды обитают два вида брюхоногих моллюсков - улитки и двустворчатые моллюски.
Улитки - крошечные, мягкие и студенистые животные. Они напоминают раковину улитки и защищены мантией, которая состоит из четырех частей.

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.

Им нужно найти себе пару, потому что у них нет яиц, поэтому они остаются на одном месте лишь короткое время. Крупный бычок иногда может напасть на колонию щелкунов, но у этих щелкунов таких проблем нет. Бычки обычно поедают икру многих других рыб, но они не причиняют вреда щелкунчикам, если оставляют после себя много пищи.
Щелкунчики питаются мелкой рыбой. Это называется "пискариум".

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:

1. Первая выглядит как маленький красный шарик, но если присмотреться, то можно увидеть, что на самом деле это большая жирная креветка. Это креветка-богомол, и у нее есть две антенны по бокам головы. Если бы вы поднесли его к свету, то увидели бы, что каждая из этих антенн размером примерно с ваш большой палец.
2. Этот немного отличается. Маленький красный шарик на самом деле представляет собой целую кучу крошечных шариков внутри этого черного шарика.

Супергероика

Netflix подсветили креветку-щелкуна через персонажа Джейми Фокса в фильме «Project Power», в эпизоде

, где чувак уничтожает противников каплями дождя. Понятно, что вопрос о возможности провернуть все нарисованные спецэффекты не стоит, как минимум из-за масштаба. Но Netflix распиарили креветку-щелкуна, зрители после выхода фильма активно гуглили запрос «pistol shrimp».

В той же статье один из фанатов предложил продюсерам фильма сцену между Дэдпулом и Человеком-пауком, в которой он будет стрелять в Дэдпула.

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.

Звук издается парой органов в середине хвоста, которые также используются для брачного зова некоторых других видов того же рода (см. Tintinnabulum).
Семейство Alpheidae насчитывает более двухсот видов, в том числе пять самых известных разновидностей: крабы и мидии. Все эти виды также являются обычными рыбами, крабами, омарами и различными другими. Их также иногда называют головоногими моллюсками. Большинство из них также известны как двустворчатые моллюски.

!!frag-12/20