Рыбу арапайму не может прокусить даже пиранья

Бронежилет из рыбьей чешуи

Американские биологи выяснили, почему южноамериканская рыба арапайма не боится пираний. Оказывается, все дело… в волшебной чешуе, которой покрыта ее кожа. О чешуйки арапаймы любой хищник запросто сломает свои зубы. Ученые считают, что принцип строения этой чешуи в дальнейшем можно использовать для конструирования сверхпрочных бронежилетов.

Фото:

Как говорят в Бразилии, страшнее пираньи, может быть только очень голодная пиранья. Хотя, конечно же, жители страны, где очень много не только диких обезьян, но и всяких опасных водных животных в данном случае несколько преувеличивают. Дело в том, что из всего подсемейства пираньевых (Serrasalminae) только лишь представители рода Serrasalmus и представляют опасность для всего, что залезло в воду (именно их индейцы Амазонии и называют "Карибе-Охо-Рохо").

А вот пираньи из остальных тринадцати родов подсемейства абсолютно безопасны для крупных животных — они либо вегетарианцы, либо падальщики, либо питаются беспозвоночными. Кроме того, несколько видов являются своеобразными паразитами — они питаются чешуей и подстилающей ее кожей других крупных рыб, например, цихлид.

Тем не менее, с серрасальмусами все-таки встречаться не следует — в раздражении они способны не только перекусить палку или человеческий палец, но и начисто обглодать небольших размеров тапира, случайно зашедшего в воду неподалеку от местообитания стаи. Дело в том, что их зубы, имеющие вид треугольника высотой 4-5 миллиметров, расположены так, что зубы верхней челюсти ровно входят в пазы между зубами нижней челюсти. Такое расположение позволяет данным рыбам при смыкании челюстей срезать мясо своих жертв как бритвой, а при смещении сомкнутых челюстей вбок — дробить самые прочные материалы.

В итоге только старые кайманы, броню которых не всегда пробивает пуля, выпущенная в упор, могут чувствовать себя в безопасности рядом со стаей этих прожорливых хищников. Ну еще и странная рыба арапайма (Arapaima gigas). Это громадное существо, считающееся самой крупной пресноводной рыбой (в свое время были пойманы особи свыше 3 метров длиной и до 200 килограммов веса), часто неспешно плавает среди возбужденных амазонских хищниц и совсем не обращает на них внимание. А те от нее прямо-таки шарахаются.

Следует заметить, что арапайма — вообще достаточно загадочное существо. Например, она также, как и некоторые другие древние рыбы, дожившие до наших дней, может дышать атмосферным воздухом. Это происходит благодаря наличию в ее глотке и плавательном пузыре особой, похожей на легочную, ткани, которая пронизана густой сетью кровеносных сосудов. Кстати, она также имеет ячеистое строение, как и человеческие легкие.

Считается, что это приспособление появилось у арапаймы вследствие малого содержания кислорода в водах Амазонки. Имея такое "легкое", рыба может переживать засуху, заглатывая воздух и зарываясь в ил и песок болот. Интересно, что когда рыба всплывает к поверхности за воздухом (это происходит каждые 5 — 20 минут), то звук заглатываемого ей воздуха слышен на очень большом расстоянии — он чем-то напоминает звук вантуза, когда им прочищают засор в ванной.

Однако отпугивает пираний эта удивительная рыба вовсе не своими странными звуками. Как выяснили недавно биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США), все дело — в ее необычной чешуе. Удивительно, но пиранья вообще не может прокусить ее, как бы она не старалась.

Ученые обнаружили это свойство покровов арапаймы, поставив один простой эксперимент. Они надежно закрепили зуб пираньи на машине, которая наносила удар-"укус" по нескольким чешуйкам арапаймы. При этом клык не просто отскакивал от рыбьей "защиты": он всегда разлетался на мелкие осколки! Получается, что нападать на арапайм для пираний себе дороже. Неудивительно, что они стараются обходить (точнее говоря, оплывать), этих гигантов стороной.

Биологов заинтересовало, почему данная чешуя столь успешно противостоит ударам зубов серрасальмусов. Для этого они изучили ее с помощью сканирующего электронного микроскопа. В результате выяснилось, что чешуйки арапаймы состоят из двух слоев. Внутренний состоит из тяжей белка коллагена — прочного и очень пружинистого материала, который обычно находится в суставах и костях позвоночных.

В то же время внешний слой чешуек, то есть тот, что принимает на себя укус пираньи, весьма тверд. Как удалось выяснить с помощью химического анализа, этот слой также сформирован из коллагена, но в данном случае его волокна прочно сцементированы между собой кальцием.

Получается, что прочность чешуе арапаймы придает именно сочетание твердой и эластичной субстанции. Этот принцип весьма распространен в животном мире — например, зубы позвоночных снаружи покрыты твердой эмалью, а под ней находится мягкий и эластичный дентин.

Работает это следующим образом: например, если ударить чем-то тяжелым по твердой поверхности, то во все стороны будут разбегаться трещины, проходящие через весь материал. Однако поскольку твердая внешняя сторона чешуи арапаймы поддерживается изнутри более податливым материалом, то эти трещины не прогрессируют. Благодаря эластичной подкладке их развитие быстро тормозится в непосредственной близости от места удара. В итоге чешуя остается целой — и арапайма, соответственно, тоже.

Авторы исследования считают, что подобный принцип строения защитного слоя может быть реализован для создания солдатских бронежилетов нового поколения. Если в этой одежде сверхпрочный внешний слой будет сверху, а мягкий, но суперэластичный — снизу, то подобный бронежилет не сможет пробить ни одна пуля (и нож тоже). Остается лишь правильно подобрать материалы, и тогда военнослужащие будущего каждый день смогут благодарить арапайму за то, что она помогает им остаться в живых.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"