16.10.2013

Почему чешуя арапаимы не боится челюстей пираний

Повышенную прочность южноамериканским арапаимам придают белковые спиральные структуры в коллагеновом слое их чешуи. Перекрученные нити коллагена амортизируют нагрузку и распределяют её по большей площади, снижая силу укуса, пишет LiveScience.

Пираньи! Наверное, все знают об этих злобных рыбах с бульдожьим прикусом, стаи которых в мгновение ока разносят на клочки быка, если только почувствуют в воде его кровь. В массовой культуре пираньи успешно составляют конкуренцию белым акулам, только акулы живут в море, а пираньи — пресноводные, родом из рек Южной Америки.

Однако в тех же местах водится рыба, которую соседство пираний, видимо, не так уж и беспокоит. Это тоже весьма «популярное» существо, зовущееся арапаимой (она же пираруку, пайче). Рыба, достигающая 2–3 м в длину, по своей огромной эволюционной древности считается чем-то вроде пресноводной латимерии (правда, распространённость её по сравнению с латимерией не в пример шире).

Арапаимы легко уживаются с пираньями благодаря своей сверхпрочной чешуе, которую те — невероятно, но факт — не могут прокусить. Но что именно придаёт чешуе арапаим подобную прочность, стало известно только сейчас, за что надо поблагодарить исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США).

Степеней защиты у чешуи оказалось несколько. Во-первых, прочность ей придаёт то, что чешуйки перекрываются почти на 60%, то есть арапаима покрыта почти двойным слоем чешуи: один слой пиранья легко прокусывает, а со вторым ей справиться не так просто.

Во-вторых, каждая чешуйка снаружи покрыта 0,5-миллиметровым твёрдым кожухом, под которым лежит ещё 1 мм относительно мягкого коллагенового слоя. Коллаген добавляет всей структуре гибкости и эластичности, которой лишён хрупкий наружный слой.

И самое главное: в мягкой сердцевине чешуи Элизабет Циммерман (Elizabeth Zimmermann) и её коллеги нашли своеобразные белковые структуры: коллагеновые нити оказались свёрнуты наподобие гнутой фанеры или спиральной лестницы. Эти «спиральные лестницы» были в каждом слое коллагена, и при давлении они вращались и распределяли приложенную к точке силу по всей чешуе. Эту микроструктурную степень защиты чешуи арапаим от пираний исследователи описывают в Nature Communications.

Как выглядят и работают коллагеновые спиральные структуры в чешуе рыб, удалось увидеть с помощью малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Таким способом и с таким разрешением на чешую до сих пор никто не смотрел, поэтому авторы работы не исключают, что так же может быть устроена чешуя и других рыб.

Понятно, что, кроме чисто зоологического, у полученных результатов может быть и довольно конкретное практическое значение: секрет чешуи арапаим может пригодиться тем, кто создаёт материалы повышенной прочности.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru