Рыбья броня: два слоя против зубов

Бассейн Амазонки – не самое гостеприимное место на Земле. Попробуйте помыть руки не в том месте и не в то время, и вы рискуете лишиться пальцев. Всё живое бежит прочь при приближении кровожадных банд пираний – всё, кроме одной малоизвестной рыбы.

Острейшие зубы пираний разрывают плоть и крушат кости на манер гильотины

Арапаимы достигают двух- и даже трехметровой длины и веса до 200 кг. Даже при таких количествах вкусного мяса они чувствуют себя совершенно свободно в водоемах, даже кишащих смертоносными пираньями. Лишь теперь ученые выяснили, что их секрет состоит в совершенно уникальной чешуйчатой «броне», которая не по зубам даже пираньям.

Один из авторов работы, американский инженер Марк Мейерс (Marc Meyers) – далеко не новичок в джунглях Амазонии. Он не раз бывал на рыбалке в Бразилии, где и узнал об арапаиме, рыбе, которую из-за ее архаичной анатомии даже называют «живым ископаемым». Стенки ее крупного плавательного пузыря пронизаны густой сетью кровеносных сосудов, так что он может действовать подобно легкому, усваивая кислород из воздуха.
В ловле арапаимы местные рыбаки применяют простой прием: дожидаются, пока рыба всплывет, чтобы вдохнуть, и забрасывают мясную приманку на крючке практически в пасть (если рыба не ухватывает мясо, его практически сразу перехватывают пираньи). Именно это и заинтересовало Мейерса: почему сотни пираний словно не замечают арапаим, столь крупной добычи, плавающей прямо под боком?
Первое, что привлекает внимание, это, конечно, прочная чешуя арапаим: отдельные чешуйки могут достигать 10 см длины и выглядят вполне надежной защитой. Ученые поставили простой эксперимент: закрепив зубастые челюсти пираньи в специальном механизме, они сжимали ими чешуйки арапаимы и проследили, что произойдет. Оказалось, что клыки не просто не могут пробить эту защиту, они сами крошатся.
В чем же тут секрет? Зубы пираньи остры, как бритва, и чрезвычайно прочны, они способны размолоть кости крупного животного. Чтобы понять это, ученым пришлось рассмотреть вопрос глубже, изучив строение и структуру чешуи арапаим во всех деталях.


Но даже пираньям «броня» арапаимы не по зубам

Оказалось, что каждая чешуйка двухслойна: внутренний слой состоит из слоев коллагена, белка, составляющего соединительные ткани (это самый распространенный белок нашего организма). Микрофибриллы коллагена уложены ровными рядами, идущими послойно, перпендикулярно друг к другу, создавая чрезвычайно прочную и упругую структуру. Внешний же слой чешуек (тот, с которым в первую очередь сталкиваются зубы пираний), хотя и сложен из того же коллагена, но «сцементирован» кальцием и тверд практически как камень.

Чешуйки арапаимы частично перекрываются

По мнению ученых, вся хитрость как раз и состоит в двойной твердой и мягкой структуре. Если б чешуйки были лишь очень тверды по всему своему объему, то несколько мощных укусов создали бы в них трещины, которые быстро распространились бы вглубь. Однако давление на верхний твердый слой встречает упругое сопротивление внутреннего. Аналогичным образом устроены и наши с вами зубы: верхняя эмаль весьма тверда, но она покрывает более мягкий слой дентина. При той же твердости достигается колоссальная прочность.
Авторы исследования полагают, что этот подход может оказаться не менее результативным и при создании новых типов брони. «Сами по себе материалы, использованные природой, не слишком прочны, - отмечают они, - Но комбинируются таким образом, что создают невероятно прочную структуру».