Раскрыт секрет прочности волосков крапивы и комариных хоботков

17.06.2020

Ученые из Датского технического университета (DTU Physics) считают, что результаты исследования шипов можно будет использовать в биомиметике: в частности, при разработке новых инструментов и медицинского оборудования.

Специалисты неоднократно сталкивались с тем, что маленькие стеклянные пипетки, которые необходимы при заборе жидкости из растительных клеток, разрушаются при контакте с клеточной стенкой. Это настолько озадачивало исследователей, что они решили подробнее изучить растения, обладающие колючками, а также некоторых животных: например, кровососущих комаров или морских ежей.

Для этого был проведен эксперимент, невольными "участниками" которого стали более 200 видов различных растений и животных. При этом их шипы, жала и прочие заостренные части разных форм и размеров могли использоваться для множества целей: например, для прилипания к поверхности, приема пищи или защиты. Также в исследование включили искусственные острые предметы - гвозди, иглы для шприцев и копья длиной до шести метров - для поиска взаимосвязи между прочностью и эластичностью.

Исследование показало, что существует четкая корреляция между длиной иглы или жала и диаметром, как близко к кончику, так и в месте его прикрепления к "хозяину". Ученые раскрыли оптимальную стратегию проектирования, которая связывает длину, диаметр основания d0, модуль Юнга E и силу трения на единицу площади. И необходимая прочность, и эластичность кончика - будь то колючка крапивы или жало комара - может быть гарантирована. В то же время ясно, что острые предметы природного происхождения находятся на самом краю того, что физически возможно. При этом все природные проекты похожи, независимо от того, смотрим ли мы на наноразмерные пики вируса или на полутораметровый шип рыбы-меч.

Результаты открытия могут быть полезны в будущем при создании, к примеру, игл шприца для более оптимизированного распределения лекарства или гвоздей, чтобы снизить расход материала без потери для качества. При этом сами исследователи уже применили выведенную формулу: они перепроектировали стеклянные пипетки таким образом, чтобы те более не ломались во время экспериментов.

<< Назад: Плавучие космодромы SpaceX 17.06.2020

>> Вперед: SoC Snapdragon 690 16.06.2020

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Носимый ультразвуковой пластырь UPatch для мониторинга беременности 19.06.2026

Беременность - один из самых ответственных периодов в жизни женщины, когда выявление любых отклонений может сыграть решающую роль в здоровье матери и ребенка. Современные методы мониторинга, такие как периодическое ультразвуковое исследование и кардиотокография, имеют серьезные ограничения: они дают лишь кратковременные снимки состояния и часто сопровождаются ложными тревогами. Ученые предложили инновационное решение в виде носимого ультразвукового пластыря, который способен вести непрерывное наблюдение за плодом прямо в утробе матери. Эта технология, получившая название UPatch, открывает новые возможности для раннего обнаружения осложнений и более полного понимания развития ребенка. Разработка UPatch представляет собой первый в своем роде мягкий носимый ультразвуковой датчик, способный в реальном времени фиксировать анатомические структуры плода, кровоток в сосудах и работу пуповины. Устройство компенсирует движения плода и слабые сигналы из глубоких тканей благодаря специальным ал ...>>

Планшет-бумбокс Lenovo Tab Plus Gen 2 18.06.2026

Компания Lenovo представила Tab Plus Gen 2 - обновленную версию популярной модели 2024 года. Новинка получила более крупный дисплей, усиленную аудиосистему и современное программное обеспечение, что делает ее привлекательным выбором для тех, кто любит смотреть видео, слушать музыку и работать в мобильном формате. Устройство сочетает в себе возможности планшета и портативной колонки, подчеркивая акцент на развлечениях. Одним из главных улучшений стал экран, диагональ которого выросла с 11,5 до 12,1 дюйма. Это LCD-панель с высоким разрешением 2560 х 1600 пикселей (2,5K), частотой обновления 120 Гц, поддержкой Dolby Vision и HDR10. В режиме высокой яркости дисплей способен достигать 800 нит, что обеспечивает комфортное восприятие контента даже в хорошо освещенных помещениях. Благодаря этим характеристикам изображение становится более детализированным и плавным. Особое внимание производитель уделил звуку. Аудиосистема планшета теперь включает девять динамиков JBL с поддержкой Dolby A ...>>

Случайная новость из Архива Часовые гены меняются с возрастом 26.02.2017 Многое в живом организме зависит от суточных ритмов: это не только чередование сна и бодрствования, но и особенности формирования памяти, перестройка нейронных цепей, иммунитет, обмен веществ и пр. И сон, и иммунитет, и все-все-все управляются огромным числом генов, и ритмические изменения обусловлены тем, что в разное время суток многие из них работают по-разному, их активность то повышается, то понижается. Если же в ритмах появляются какие-то неполадки, если гены, например, начинают активироваться в неположенное время, или у них вообще исчезает ритмическая активность, то у организма начинаются серьезные проблемы. Например, известно, что из-за испорченных "часов" развиваются нейродегенеративные процессы, усиливается внутриклеточный стресс, начинаются проблемы с метаболизмом. То же самое, кстати говоря, происходит и с возрастом, поэтому принято было считать, что возрастные заболевания возникают, в том числе, и из-за поломок в регуляции суточных ритмов. Биологические часы действительно меняются по ходу жизни, однако здесь все дело, видимо, не только и не столько в общем затухании, "выпрямлении" ритмов. Исследователи из Университета штата Орегон решили сравнить, как с возрастом меняются часы у мух дрозофил. Известно, что активность гена можно определить по количеству матричной РНК (мРНК), которая на этом гене синтезируется. Матричная РНК служит, грубо говоря, посредником между ДНК и молекулярными машинами, собирающими белки. В целом, если пренебречь некоторыми деталями, можно сказать, что чем больше синтезируется мРНК, тем больше получается белка и тем сильнее клетка чувствует работу гена. Синтез РНК, в свою очередь, подчиняется разным регуляторам, среди которых есть и механизм суточных ритмов. И если мы проанализируем, как меняется в течение суток уровень матричной РНК с того или иного гена, то узнаем, зависит ли ген от суточных ритмов или нет. Ученые сравнили РНК, синтезированные на разных генах дрозофил, когда тем было пять дней и пятьдесят пять дней от роду. (Один день жизни дрозофилы можно приравнять к одному году человеческой жизни, так что можно себе представить, какой была возрастная разница между этими подопытными мухами.) И у тех, у других были гены, которые подчинялись суточному расписанию, но с возрастом у многих генов суточные изменения в активности исчезали, и только 45% оставались "ритмически активными" и у пожилых мух. Казалось бы, налицо возрастное отключение биологических часов. Однако, как пишут авторы работы в Nature Communications, у пожилых мух ритмическими внезапно становились другие гены, которые раньше не реагировали на указания внутренних часов. Многие из "позднеритмичных" генов были антистрессовыми. Они работали не только у старых дрозофил, но и у молодых - для этого насекомым нужно было устроить окислительный стресс, поместив их в среду с повышенным содержанием кислорода. Что любопытно, антистрессовые гены, когда они включались в молодых мухах, начинали работать в суточном ритме - то есть так же, как они работали у старых мух. И если у дрозофил отключали ген clock, который считается главным "часовщиком" и от которого как раз зависит ритмическая активность прочих генов, то у молодых насекомых антистрессовые гены переставали работать по суточному циклу. Из полученных результатов следует несколько важных выводов. Во-первых, как мы уже сказали, нельзя утверждать, что с возрастом биологические часы просто ломаются - то, что некоторые гены со временем перестают "активничать" в суточном ритме, означает, что на их место в биологических часах приходят другие. Во-вторых, как оказалось, некоторые антистрессовые гены работают в ритмическом режиме, вне зависимости от того, в каком возрасте их владелец. В молодости организм способен справляться с тем же окислительным стрессом без дополнительных усилий, и включать соответствующие гены приходится только в крайних случаях, но, если такое произошло, они будут работать опять же "по часам".

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026