Сокрушающая ногочелюсть

Перед вами, наверное, одно из самых невероятных существ нашей планеты. Это Odontodactylus scyllarus — его называют павлиньим раком-богомолом, расписной креветкой-богомолом, радужной креветкой-богомолом. На самом деле это и не рак, и не креветка, и не богомол. Он относится к отряду ротоногих, или раков-богомолов (Stomatopoda). Богомолами их зовут за сходство строения хватательных ног с ногами насекомых богомолов.

Обитают павлиньи раки-богомолы на морском дне в Индо-Тихоокеанском регионе от Гуама до Восточной и Южной Африки. Живут в прибрежных водах на глубине от 3 до 40 метров (максимум до 70 м), роют норы у основания кораллов. Это самый яркий и красочный рак-богомол. И размером немаленький — может вырастать до 18 см. Описывать его словами нет смысла. Просто посмотрите, какая красота!

Павлиний рак-богомол во всей красе. Павлины и радуга завидуют. Фото © Benjamin Naden с сайта flickr.com, Бали, 17 октября 2013 года

Павлиньи раки-богомолы питаются моллюсками, другими ракообразными, рыбой. В целом едят всех, кого поймают. Животным, решившим полакомиться надежно защищенной добычей, приходится придумывать разные способы извлечения вкусной плоти из прочной раковины или панциря. Одни пытаются сжимать добычу, другие бросают ее с высоты, кто-то стучит по ней до тех пор, пока «скорлупа» не разобьется. Но павлиний рак-богомол превзошел всех: он использует... молотки. Обнаружив добычу с помощью зрения и чувствительных усиков, «богомол» выскакивает из норы и бьет жертву второй парой ногочелюстей, каждая из которых оканчивается мощной булавой. Эти конечности хорошо заметны на главном фото.

Павлиний рак-богомол. A — общий вид, стрелка указывает на ударную поверхность булавы. Фото из статьи Han Huang, ShucaiXu, 2019. Crashworthiness analysis and bionic design of multi-cell tubes under axial and oblique impact loads. B — изображение продольного среза тела в микрокомпьютерном томографе. Видно, что булава — самое толстое место. Фото из статьи J. C. Weaver et al., 2012. The Stomatopod Dactyl Club: A Formidable Damage-Tolerant Biological Hammer. C — отдельная ногочелюсть, функциональная булава образуется, когда во время удара палец (2), конечный членик ногочелюсти, входит в бороздку проподуса (1), предыдущего членика. Рисунок с сайта arthropoda.wordpress.com

Если на обед попался моллюск, то радужное членистоногое будет дубасить его булавами, предварительно уложив на подходящий камень, пока не доберется до нежной плоти. Много времени это не занимает. Скорость удара ногочелюстей составляет 80–100 км в час. Это самый быстрый удар, который может произвести живое существо! Более быстрого ученые пока не зарегистрировали. Это в 50 раз быстрее нашего моргания.

Из-за столь экстремальной скорости в месте удара возникает реактивный поток, который резко понижает давление — вода в этой области быстро испаряется и образует кавитационные пузыри. Перемещаясь с потоком в область высокого давления, пузырьки начинают сжиматься и лопаются с высвобождением энергии. Возникают ударные волны и микроструи, которые и разрушают панцирь добычи. В момент удара видна вспышка, вокруг ротоногого и его жертвы вода вскипает. Есть подозрение, что в итоге «рак» получает не просто обед, а термически обработанный обед. Пожалуйте: стейк слабой прожарки готов! Схлопывание пузырьков также сопровождается громким звуком (см. статью Песнь рыбы и клопа).

Павлиний рак-богомол может создавать силу удара, в тысячи раз превышающую вес его тела! Причем удар одной ногочелюстью генерирует два пика силы с интервалом примерно 0,5 мс: первый пик вызван непосредственно ударом булавы, второй — схлопыванием кавитационного пузыря. А булавовидных ногочелюстей-то две! Четверной удар! Сила первого пика составляет от 400 до 1501 Н, второго — 504 Н.

Павлиний рак-богомол бьет булавой по раковине моллюска. Между ударной поверхностью булавы и раковиной образуются и затем схлопываются кавитационные пузырьки (на них указывает стрелка). Длина масштабного отрезка — 1 см. Фото из статьи S. N. Patek, W. L. Korff, R. L. Caldwell, 2004. Deadly strike mechanism of a mantis shrimp

Удивительно, но от таких ударов булавовидные ногочелюсти не гнутся и не ломаются. Наружный слой булавы, формирующий ударную поверхность, состоит из хитиновых нанофибрилл (волокон), минерализованных кристаллами гидроксиапатита. Нанофибриллы уложены «елочкой», что обеспечивает жесткость структуры. Внутренний слой представляет собой так называемую периодическую область, где хитиновые волокна минерализованы аморфным карбонатом кальция и фосфатом кальция. По краям от нее находится исчерченная область, состоящая из параллельных пучков минерализованных хитиновых волокон, она препятствует боковому расширению булавы во время удара.

Ударные ногочелюсти павлиньего рака-богомола. a — вид на рака спереди, палец (b) булавы обведен. Фото из статьи N. A. Yaraghi et al., 2016. A Sinusoidally Architected Helicoidal Biocomposite. c — поперечный срез пальца в световом микроскопе, показана структура ударного, периодического и исчерченного регионов. Фото из статьи J. C. Weaver et al., 2012. The Stomatopod Dactyl Club: A Formidable Damage-Tolerant Biological Hammer

Хитиновые нанофибриллы периодической области расположены в виде так называемой структуры Булигана (см. Bouligand structure) — то есть в несколько слоев, повернутых друг относительно друга, что играет ключевую роль в рассеянии энергии и ударопрочности.

A — трехмерная модель структуры Булигана, B — периодическая область рака-богомола в сканирующем электронном микроскопе. Изображение из статьи J. C. Weaver et al., 2012. The Stomatopod Dactyl Club: A Formidable Damage-Tolerant Biological Hammer

Благодаря такой структуре сила удара равномерно распространяется по поверхности. Конечно, ногочелюсти изнашиваются, поэтому наши «молоточники» линяют каждые два месяца, чтобы обновить экзоскелет. Для затвердевания новых покровов требуется около девяти дней, в течение которых рак-богомол отсиживается в норе, предварительно завалив вход камнем. При этом в период между линьками наносятся десятки тысяч ударов. Ведь животное дубасит не только свою добычу. Удары наносятся по камням и кораллам при строительстве логова и по головам всех рискнувших подойти слишком близко. Раки-богомолы себе подобных не жалуют и могут подраться из-за жилплощади или из-за дамы.

Может показаться, что жизнь этих животных безоблачна. Но они и сами являются пищей для голубых тунцов, кальмаров и осьминогов. Хищники в свою очередь рискуют. Тот же осьминог запросто может получить колотушкой. И если размерами он невелик, то у него есть все шансы стать обедом для агрессивной «креветки».

Не все ротоногие — молотобойцы. Есть среди них копьеносцы. Они охотятся из засады, из своей норы. Их ногочелюсти венчают не «молотки», а «копья» с зазубринами. Ими-то они и пронзают зазевавшуюся добычу.

Полосатый рак-богомол (Lysiosquillina maculata) с копьевидными ногочелюстями. Фото с сайта flickr.com, Индонезия, 25 июля 2010 года

Конечно, такую красоту не могли не заметить аквариумисты. Уж больно хорош рак-богомол. Но питомец этот не для слабонервных. Многие даже считают их чистой воды вредителями и разбойниками. Ведь это агрессивные прожорливые хищники. В аквариуме они могут всех съесть, попортить кораллы, если надумают устроить под ними нору, разбить сам аквариум. Бывает так, что рак-богомол попадет в аквариум случайно с кораллами или полыми камнями. В большом и хорошо оборудованном аквариуме поймать проворного безобразника почти невозможно. В гневе стекла побьет, да еще пальцы преследователю поломает. Но тем не менее в неволе их держат (в пуленепробиваемых аквариумах, наверное). Несмотря на буйный нрав, рак-богомол не глуп, быстро привыкнет к хозяину и будет не прочь пообщаться. Прекрасный повод рискнуть и завести столь непростого питомца. Тем более что доживать красота эта способна до 20 лет.

Фото © Silke Baron с сайта commons.wikimedia.org, Тайланд, 14 февраля 2008 года.

Виктория Шляховая