A fizika világa Miért nem törnek el a finom rovarszárnyak?
Dörte Saße 2012.08.29
Dublin (Írország) - A szitakötők, legyek vagy akár a szöcskék törékeny szárnyain keresztül futó finom rácsnak kettős előnye van: nemcsak könnyűvé és stabilá teszi a szerkezeteket, hanem megakadályozza a szárny súlyos töréseit is, mert a legfinomabb repedéseket hozza létre a korai szakaszban megáll. A rács közötti bőrmembrán, amely a tényleges szárnyat képezi, a vártnál vékonyabb, számolt be egy kutatócsoport a „PLoS ONE” folyóiratban, miután mechanikai stressztesztnek vetették alá a sáskák szárnyait. De a csontokkal ellentétben a membrán nem nőhet újra össze, ha elszakad. Ezek azonban a rovarok életében jellemzőek a harc, kopás vagy anyagfáradtság miatt. Ehelyett a látszólag optimálisan elágazó rács lelassítja a kár terjedését a kutatók szerint.
Egy szöcskeszárny membránsejtjei
"A sivatagi sáskák a rovarvilág maratoni szórólapjai" - magyarázza Jan-Henning Dirks a dublini Trinity College mérnöki osztályától. "Napokig repülhetnek sivatagok és óceánok felett, az emberi hajnál tízszer vékonyabb szárnyakkal." Kollégájának, David Taylornak már egy ideje megmutatta, hogy a sáska lábainak bőre a világ egyik legkeményebb természetes anyaga. Főleg amorf, szorosan összekapcsolt fehérjékből áll, és komlóban szinte soha nem károsodik.
Mivel a sivatagi sáska (Schistocerca gregaria) szárnyai is ebből a - csak vékonyabb - bőrből állnak, a kutatók kis rovátkákat vágtak ebben a membránban, amelynek vastagsága csupán 1,7-3,7 mikrométer. Aztán megmérték azt az erőt, amelyre szükség lehet egy ilyen repedés áthaladásához az egész szárnyon. De a membránbőr önmagában nem bizonyult túl rombolónak. A kísérlet videói azonban azt mutatták, hogy a legtöbb repedés hatékonyan megszűnt, amint eltalálták a stabilizáló rácsot alkotó egyik finom gerincet. A fő szárny hosszában lévő hosszanti domborulatok többsége 150 mikrométer vastagságú, belül üreges, részben idegzsinórokat és folyadékot tartalmaz. A keresztmerevítők szabálytalanabbak és szárazabbak. Ezek együttesen stabil, rugalmas hálózatot alkotnak majdnem ezer kisebb és nagyobb "membránsejtdel" - és jelentősen növelik a szárny szívósságát.
Közelkép a kidudorodások a szárnyban
„A vékony szárnymembránhoz képest a köztes domborulatok viszonylag súlyosak. Ennek megfelelően a lehető legkevesebb kidudorodást szeretné elérni, hogy a szárnyak súlya alacsony maradjon ”- mondja Dirks. Közülük azonban túl keveset kínálna kisebb védelmet a repedések ellen, amint a videó is mutatja, fontos az optimális kompromisszum. Ennek igazolására a kutatók teljes szárnyakon, valamint az egyes membránsejtek apró bőrén tesztelték a mechanikai szilárdságot. Az eredmény: e sejtek többsége 1132 mikrométeres vagy annál alacsonyabb volt a membránbőr úgynevezett kritikus repedéshosszánál. A kritikus repedéshossz anyagállandó; ha a repedés rövidebb marad, akkor az anyag még terhelés alatt is stabil - ha hosszabb, akkor ez további nem ellenőrzött repedésekhez és így többnyire pusztuláshoz vezet.
A szöcskeszárnyakban a teljes törés nagyon ritka, összegzi Taylor: „A keresztirányú gyöngyök ilyen pontos távolságának köszönhetően a repedések mindig leállnak, mielőtt elérnék ezt a kritikus hosszúságot, és tovább növekednek. A természet mechanikusan optimális megoldást talált a szöcske szárnyaira. ”Ennek eredményeként a mikrorepülőgépek könnyű szárnyait is stabilabbá kell tenni. A visszafelé alkalmazott elemzés akár segíthet leírni a már kihalt rovarok repülési képességét.
A tudomány aktuális a forrás körülményeinek megfelelően