О супергеройской коже
Можете ли вы себе представить, что ваша кожа может стать твёрдой и прочной, как доспех? Это несложно - ведь мы же знаем о черепахах, а их брюшной панцирь - это исключительно производное кожи.
А можете ли вы себе представить, что ваша кожа внезапно стала жидкой и текучей, почти как вода? "Но зачем?!" - удивитесь вы.
А что если я вам скажу, что есть в нашем мире животные, чьи покровы могут быть и прочными, как доспехи, и текучими, как вода, и переход между этими состояниями занимает считанные секунды?И эти животные - иглокожие.
За разнообразие механических структур в нашем организме отвечают в первую очередь разные соединительные ткани. Среди них есть ткань, обладающая буквально каменной прочностью, - кость, и ткань жидкая - кровь. Однако в покровах иглокожих присутствует совершенно особый тип соединительной ткани (он есть только у иглокожих, но при этом у всех их представителей, это одна из характернейших черт данного типа животных), объединяющий в себе механические черты кости и крови, он так и называется - мутабельная (то есть "переменчивая") соединительная ткань.
Изменение прочности этой ткани находится под нервным контролем, иначе говоря - в каждый момент времени животное само решает, покровы какой твёрдости ему нужнее прямо сейчас. Вот на иглокожее напала хищная рыба - и оно превращается в жёсткую палку, которая непременно встанет поперёк горла, а раскусить не получится - больно твёрдая. Вот есть какая-то щёлочка между камнями, куда хорошо бы проползти - не беда, расжижим покровы так, чтобы они не мешали превратится в тонкую пластиночку. Вот кто-то схватил за луч, и никак не достать эту часть тела из пасти хищника - ну так пусть и луч, и остальное тело будут твёрдыми, а вот основание луча пусть станет жиденьким, по нему луч и оторвётся, а остальное животное спасётся.
Мутабельная соединительная ткань играет с иглокожими довольно злую шутку на воздухе. Дело в том, что в воде даже самая "жидкая" кожа поддерживается архимедовой силой, а на воздухе этого нет - и вытащенное из воды животные, попытавшись проскользнуть между вашими пальцами, вполне может это сделать... но только предварительно рассыпавшись на куски под собственным весом. На этом основан один из традиционных способов разделки морских огурцов - если извлечённого из воды "твёрдого" огурца как следует сжать со всех сторон, то из-за шока он становится "жидким" и буквально разваливается.
Конечно, и наши соединительные ткани могут менять свои прочностные характеристики, но обычно им на это требуются многие дни, а чаще - даже годы (и, возможно, некоторые из читателей ощутили неприятные последствия таких изменений на себе). Но чтобы секунды! Механизм этого процесса до сих пор не до конца понятен. В общем виде предполагается следующее.
Основой межклеточного вещества мутабельной соединительной ткани являются коллагеновые волокна - впрочем, как и дерме нашей кожи. Но на коллагеновых волокнах во множестве рассеяны "клейкие" протеогликановые частицы, а между волокнами плавают ещё несколько типов белков, самым хорошо изученным из которых является тензилин (то есть буквально "напрягатель, стягиватель"). В случае необходимости тензилин и другие белки "приклеиваются" к протеогликановым островкам на коллагеновых волокнах, образуя вертикальные сшивки между ними - чем больше сшивок, тем прочнее получится состояние (разумеется, процесс обратим).
Существование мутабельной соединительной ткани позволяет иглокожим изрядно экономить мышечную энергию. Представьте себе морскую звезду, охватившую лучами раковину двустворчатого моллюска, чтобы открыть её и съесть владельца - довольно типичная картина для морского дна. Раковина двустворок устроена таким образом, что её "нормальное" положение - слегка приоткрытое, а чтобы её держать закрытой, нужно постоянно напрягать мышцы-замыкатели, то есть каждую минуту с закрытой раковиной моллюск тратит энергию - не то чтобы много, но всё же. А вот морская звезда, охватив моллюска, делает из своих покровов единую изогнутую пластинку, в которой уже в самый момент создания есть механическое напряжение, стремящееся её разогнуть. Таким образом, моллюск противостоит открытию своей раковины мышечным напряжением, а звезда пытается открыть раковину механическим напряжением импровизированной "пружины". Нетрудно догадаться, что по истечению какого-то времени первым сдастся именно моллюск, когда устанет - звезда же устать не может по определению. Конечно, это может наступить даже не через час - но поверьте, звезде спешить абсолютно некуда.
Конечно, когда мутабельная соединительная ткань была открыта (а произошло это примерно в середине ХХ века), то её очень активно начали исследовать бионики. Шутка ли - а вдруг удастся создать материал переменной в настолько широких пределах твёрдости! А ведь можно ещё делать предметы с памятью формы, что особенно важно для космических аппаратов. И в этом направлении даже были достигнуты определённые успехи, однако получившиеся материалы всё-таки пока не обладают должным диапазоном твёрдости и "скоростью реакции", как покровы живых иглокожих, а потому они получили очень ограниченное распространение в робототехнике и протезировании. Но - кто знает, куда приведёт нас зоология и биомеханика завтра?
А можете ли вы себе представить, что ваша кожа внезапно стала жидкой и текучей, почти как вода? "Но зачем?!" - удивитесь вы.
А что если я вам скажу, что есть в нашем мире животные, чьи покровы могут быть и прочными, как доспехи, и текучими, как вода, и переход между этими состояниями занимает считанные секунды?И эти животные - иглокожие.
За разнообразие механических структур в нашем организме отвечают в первую очередь разные соединительные ткани. Среди них есть ткань, обладающая буквально каменной прочностью, - кость, и ткань жидкая - кровь. Однако в покровах иглокожих присутствует совершенно особый тип соединительной ткани (он есть только у иглокожих, но при этом у всех их представителей, это одна из характернейших черт данного типа животных), объединяющий в себе механические черты кости и крови, он так и называется - мутабельная (то есть "переменчивая") соединительная ткань.
Изменение прочности этой ткани находится под нервным контролем, иначе говоря - в каждый момент времени животное само решает, покровы какой твёрдости ему нужнее прямо сейчас. Вот на иглокожее напала хищная рыба - и оно превращается в жёсткую палку, которая непременно встанет поперёк горла, а раскусить не получится - больно твёрдая. Вот есть какая-то щёлочка между камнями, куда хорошо бы проползти - не беда, расжижим покровы так, чтобы они не мешали превратится в тонкую пластиночку. Вот кто-то схватил за луч, и никак не достать эту часть тела из пасти хищника - ну так пусть и луч, и остальное тело будут твёрдыми, а вот основание луча пусть станет жиденьким, по нему луч и оторвётся, а остальное животное спасётся.
Мутабельная соединительная ткань играет с иглокожими довольно злую шутку на воздухе. Дело в том, что в воде даже самая "жидкая" кожа поддерживается архимедовой силой, а на воздухе этого нет - и вытащенное из воды животные, попытавшись проскользнуть между вашими пальцами, вполне может это сделать... но только предварительно рассыпавшись на куски под собственным весом. На этом основан один из традиционных способов разделки морских огурцов - если извлечённого из воды "твёрдого" огурца как следует сжать со всех сторон, то из-за шока он становится "жидким" и буквально разваливается.
Конечно, и наши соединительные ткани могут менять свои прочностные характеристики, но обычно им на это требуются многие дни, а чаще - даже годы (и, возможно, некоторые из читателей ощутили неприятные последствия таких изменений на себе). Но чтобы секунды! Механизм этого процесса до сих пор не до конца понятен. В общем виде предполагается следующее.
Основой межклеточного вещества мутабельной соединительной ткани являются коллагеновые волокна - впрочем, как и дерме нашей кожи. Но на коллагеновых волокнах во множестве рассеяны "клейкие" протеогликановые частицы, а между волокнами плавают ещё несколько типов белков, самым хорошо изученным из которых является тензилин (то есть буквально "напрягатель, стягиватель"). В случае необходимости тензилин и другие белки "приклеиваются" к протеогликановым островкам на коллагеновых волокнах, образуя вертикальные сшивки между ними - чем больше сшивок, тем прочнее получится состояние (разумеется, процесс обратим).
Существование мутабельной соединительной ткани позволяет иглокожим изрядно экономить мышечную энергию. Представьте себе морскую звезду, охватившую лучами раковину двустворчатого моллюска, чтобы открыть её и съесть владельца - довольно типичная картина для морского дна. Раковина двустворок устроена таким образом, что её "нормальное" положение - слегка приоткрытое, а чтобы её держать закрытой, нужно постоянно напрягать мышцы-замыкатели, то есть каждую минуту с закрытой раковиной моллюск тратит энергию - не то чтобы много, но всё же. А вот морская звезда, охватив моллюска, делает из своих покровов единую изогнутую пластинку, в которой уже в самый момент создания есть механическое напряжение, стремящееся её разогнуть. Таким образом, моллюск противостоит открытию своей раковины мышечным напряжением, а звезда пытается открыть раковину механическим напряжением импровизированной "пружины". Нетрудно догадаться, что по истечению какого-то времени первым сдастся именно моллюск, когда устанет - звезда же устать не может по определению. Конечно, это может наступить даже не через час - но поверьте, звезде спешить абсолютно некуда.
Конечно, когда мутабельная соединительная ткань была открыта (а произошло это примерно в середине ХХ века), то её очень активно начали исследовать бионики. Шутка ли - а вдруг удастся создать материал переменной в настолько широких пределах твёрдости! А ведь можно ещё делать предметы с памятью формы, что особенно важно для космических аппаратов. И в этом направлении даже были достигнуты определённые успехи, однако получившиеся материалы всё-таки пока не обладают должным диапазоном твёрдости и "скоростью реакции", как покровы живых иглокожих, а потому они получили очень ограниченное распространение в робототехнике и протезировании. Но - кто знает, куда приведёт нас зоология и биомеханика завтра?