Биологические науки /11.Биоинженерия

 

Скирденко В.В., Тонюк М.Л., Чань Динь Тоан, Россихин В.В.

 

Национальный технический университет «ХПИ», г. Харьков, Украина

 

 

УДИВИТЕЛЬНЫЕ ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЖИВОТНОГО МИРА

(С ИНЖЕНЕРНОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ)

 

·  ЯЗЫЧОК КОЛИБРИ

 

 

     Ученые исследуют микроскопическое количество крови, ДНК и других веществ на стекле,  размером с  ла­донь человека. В таких масштабах действуют за­коны микрогидродинамики. Поэтому перекачивание насосом крохотных ка­пелек жидкости кажется не очень-то эф­фективным. Есть ли лучший способ пере­мещать жидкости малых объемов? По словам Джона Буша из Массачусетского технологического института (США), «природа уже решила эти проблемы».

Пример. Колибри не тра­тят энергию на то, чтобы всасывать нек­тар в рот. Эти птицы пользуются силой поверхностного натяжения, которая за­ставляет воду скатываться на плотной поверхности в шарик вопреки гравита­ции. Когда язык колибри соприкасается с нектаром, форма поверхности жидко­сти заставляет язык птицы скручивать­ся в крошечную трубочку,— и нектар по капельке закачивается прямо в пти­чий пищевод. По сути, колибри избегают ненужных усилий, позволяя нектару самому подниматься по трубочке в рот. При этом колибри могут «лакать» нектар языком с частотой 20 раз в секунду!

Действие такого природного поршня наблюдали и у некоторых птиц семей­ства ржанковых, когда они пьют воду. Об этой способности птиц Марк Денни из Станфордского университета в Калифор­нии (США) сказал: «Здесь чудесным об­разом переплетаются инженерное искус­ство, физика и прикладная математика... Если попросить какого-нибудь инженера или математика придумать, как воде из клюва птицы попасть ей в рот, они бы ни за что такое не изобрели».

·  ГЛАЗ КРЕВЕТКИ-БОГОМОЛА

     Креветки-богомолы павлиновые, об­наруженные в районе Большого Барьерного рифа в Австралии, обладают самой сложной зрительной системой по сравне­нию со всеми остальными представите­лями мира животных. По словам физика Николаса Робертса, «это действительно необыкновенно и превосходит все, что человечество способно создать».

Пример. Креветки-бого­молы способны воспринимать и преоб­разовывать поляризованный свет, чего люди делать не могут. Как известно, поляризация све­та может быть линейной или круговой. В отличие от других существ, эта кревет­ка не только видит линейно поляризо­ванный свет, а также свет, поляризован­ный по кругу, но и преобразует один в другой, и наоборот. Благодаря таким свойствам, у этих креветок уникальные зрительные возможности. DVD-плейеры работают по такому же принципу. Чтобы обработать информа­цию, DVD-плейер должен преобразовать поляризованный свет, направленный на диск, в свет, поляризованный по кругу, а затем обратно в линейно поляризован­ный. Но креветка-богомол обладает еще большими возможностями. Тогда как обычный DVD-плейер преобразует толь­ко красный свет (а плейеры с высоким разрешением — синий), глаз креветки преобразует свет всех цветов в преде­лах видимой части спектра.

Ученые надеются, что, взяв глаз креветки-богомола за образец, они смогут разработать поколение более совершен­ных DVD-плейеров. Нинолас Робертс от­мечает: «Особенно интересно то, что это так просто. Этот естественный механизм полностью превосходит все приборы, которые до сих пор создало человечество».

 

·  ВОДОВОРОТЫ НА СЛУЖБЕ У ЛОСОСЕЙ

      В период нереста многие лососи плывут вверх по течению навстречу стремнинам и перекатам. Как они выдерживают это не­легкое плавание и не выбиваются из сил? Водные преграды лососям нипочем. Более того, они служат им подмогой.  

Пример. Лососи не хаотично бороздят бурлящие потоки. Напротив, плы­вя вверх по течению, они экономят силы, ис­пользуя мини-водовороты, которые возника­ют там, где камни, ветки и прочие препятствия образуют завихрения воды. Поскольну с обеих сторон предмета создаются водовороты, рыба, изгибая свое тело из стороны в сто­рону, скользит между карма­нами турбулентной жидкости. Некоторые стаи рыб пользуются водово­ротами, которые создаются идущими впереди рыбами, и плывут в хвосте турбулентности. Рыбы даже могут пользо­ваться завихрениями воды, ко­торые создают сами.

    Ученые надеются перенять у лососей их плавучие приемы, чтобы производить эне­ргию в медленно текущей воде. На обычных гидроэлектростанциях вода течет со ско­ростью около 9,3 километра в час или бы­стрее. Прототип подводной электростанции, действие которой основано на вибрациях, вызванных завихрениями воды, работает в воде, текущей со скоростью лишь 3,7 километра в час (Такая технология кажется пер­спективной, поскольку большая часть водных потоков движется со скоростью менее 5,6 километра в час).

    Однако эта установка не идет ни в какое сравнение с удивительными спо­собностями лососей. Профессор Мичиган­ского университета (США) Майкл Берницас признает: «В этом рыбы намного умнее нас».

 

·        ЧЕМПИОН ПО БЕЛИЗНЕ

В семействе пластинчатоусых есть жук (лат. Cyphochilus), которого спра­ведливо называют чемпионом по бе­лизне. Его панцирь покрыт чешуйка­ми, каждая из которых в 10 раз тонь­ше человеческого волоса. Профессор Пит Вунусич из университета Энсетера в Великобритании говорит: «Когда я положил его под электронный микроскоп, передо мной словно от­крылся иной мир. Это просто потря­сающе!»

Пример. Панцирь жу­ка поражает своей белизной. И дело тут не в наличии пигмента. Оказалось, что секрет заключается в размере ни­тей, из которых состоят чешуйки пан­циря, а также в расстоянии между ни­тями. Эти факторы обеспечивают уникальную рассеивающую способность. «Чтобы достичь подобной белизны, требуется двойной слой тех покрытий, которые используются в производстве высококачественной бумаги, пласт­массы и некоторых красок.

Как говорят ученые, жук живет на белых грибках и на их фоне не заметен для хищников. Его сек­рет может подсказать рецепты ультрабелых искусственных материа­лов. По мнению Американской академии науки и техники, «…если удаст­ся внедрить в производство принцип устройства чешуек этого жука, то можно будет значительно улучшить белизну бумаги, цвет зубов и даже яркость освещения».