Африканская птица подсказала лучший материал для хранения влаги
С помощью микроскопов высокого разрешения и 3D-технологий исследователи из Университета Джона Хопкинса и Массачусетского технологического института (MIT) запечатлели перья обитающего в пустыне южноафриканского рябка. Учёные рассмотрели необычное строение и впервые показали, как перья могут удерживать столько воды.
— Йохен Мюллер, доцент кафедры гражданского строительства и системного проектирования Университета Джона Хопкинса.
Южноафриканский рябок, обитающий в пустынях, обычно гнездится примерно в 30 км от водопоев, вдали от хищников. Чтобы напоить птенцов, взрослые самцы вбирают влагу оперением и со скоростью примерно 65 км/ч течение получаса доставляют воду домой. Способность необычайная, учитывая, что такой груз воды — это около 15% веса «летучего водоноса».
Известно, что самцы южноафриканского рябка — единственные птицы, способные удерживать воду таким образом, и всё дело в особых перьях на брюшках. Прежние исследователи впервые описали эти необычные перья более 50 лет назад. Но только теперь, с современными технологиями, учёные наконец показали, как работают перья-резервуары.
Йохен Мюллер и инженер MIT Лорна Гибсон изучили микроструктуру перьев с брюшка, используя сканирующую электронную микроскопию, микрокомпьютерную томографию, световую микроскопию и 3D-видеосъёмку. Они внимательно изучили лучи, которые тоньше человеческого волоса, и ещё более мелкие крючочки.
Экспериментаторы наблюдали за чудом природы, как сухим, так и влажным. Затем сухие перья макали в воду, вытаскивали, а затем снова погружали, совсем как рябок на водопое.
Йохен Мюллер описал индивидуальную структуру пера как «великолепную», с компонентами, оптимизированными несколькими способами для удержания воды: то, как они изгибаются, как при намокании крючочки смыкаются в нечто похожие на палатки и как трубчатые структуры внутри каждого крючочка улавливают воду.
Отдельные перья пропускали воду через лес крючочков возле стержня, работая вместе с загнутыми крючочками около кончика, действуя почти как колпачки. Команда также смоделировала удержание воды перьями на компьютере.
Мюллер и Гибсон ожидают, что их результаты лягут в основу будущих инженерных разработок, требующих контролируемого поглощения, надёжного удержания и лёгкой отдачи жидкостей. Возможные области применения — сетки для сбора и удержания воды из тумана и росы в пустынных районах и максимально эффективные бутылки для воды, без болтанки и расплёскивания. А инновационный увлажняющий пакет или контейнер особенно оценили бы бегуны.
Ещё одна перспектива — медицинские тампоны нового поколения, которые лучше впитывают жидкость и гораздо легче её отдают. Как выжать жидкость из назальных тестов на COVID-19 — до сих пор проблема из-за пандемии.
Уже в следующем году команда учёных планирует напечатать аналогичные конструкции на 3D-принтере и использовать их в коммерческих целях.
Перья с брюшка, использованные в работе, взяли от единственного взрослого Pterocles namaqua из коллекции Музея сравнительной зоологии Гарвардского университета. Так что ни один рябок ради новых опытов не пострадал.
Очень интересно видеть, как природе удалось создать идеальные структуры для забора и удержания воды. С инженерной точки зрения результаты приведут к новинкам, вдохновлённым биологией
— Йохен Мюллер, доцент кафедры гражданского строительства и системного проектирования Университета Джона Хопкинса.
Южноафриканский рябок, обитающий в пустынях, обычно гнездится примерно в 30 км от водопоев, вдали от хищников. Чтобы напоить птенцов, взрослые самцы вбирают влагу оперением и со скоростью примерно 65 км/ч течение получаса доставляют воду домой. Способность необычайная, учитывая, что такой груз воды — это около 15% веса «летучего водоноса».
Известно, что самцы южноафриканского рябка — единственные птицы, способные удерживать воду таким образом, и всё дело в особых перьях на брюшках. Прежние исследователи впервые описали эти необычные перья более 50 лет назад. Но только теперь, с современными технологиями, учёные наконец показали, как работают перья-резервуары.
Йохен Мюллер и инженер MIT Лорна Гибсон изучили микроструктуру перьев с брюшка, используя сканирующую электронную микроскопию, микрокомпьютерную томографию, световую микроскопию и 3D-видеосъёмку. Они внимательно изучили лучи, которые тоньше человеческого волоса, и ещё более мелкие крючочки.
Экспериментаторы наблюдали за чудом природы, как сухим, так и влажным. Затем сухие перья макали в воду, вытаскивали, а затем снова погружали, совсем как рябок на водопое.
Йохен Мюллер описал индивидуальную структуру пера как «великолепную», с компонентами, оптимизированными несколькими способами для удержания воды: то, как они изгибаются, как при намокании крючочки смыкаются в нечто похожие на палатки и как трубчатые структуры внутри каждого крючочка улавливают воду.
Отдельные перья пропускали воду через лес крючочков возле стержня, работая вместе с загнутыми крючочками около кончика, действуя почти как колпачки. Команда также смоделировала удержание воды перьями на компьютере.
Мюллер и Гибсон ожидают, что их результаты лягут в основу будущих инженерных разработок, требующих контролируемого поглощения, надёжного удержания и лёгкой отдачи жидкостей. Возможные области применения — сетки для сбора и удержания воды из тумана и росы в пустынных районах и максимально эффективные бутылки для воды, без болтанки и расплёскивания. А инновационный увлажняющий пакет или контейнер особенно оценили бы бегуны.
Ещё одна перспектива — медицинские тампоны нового поколения, которые лучше впитывают жидкость и гораздо легче её отдают. Как выжать жидкость из назальных тестов на COVID-19 — до сих пор проблема из-за пандемии.
Уже в следующем году команда учёных планирует напечатать аналогичные конструкции на 3D-принтере и использовать их в коммерческих целях.
Перья с брюшка, использованные в работе, взяли от единственного взрослого Pterocles namaqua из коллекции Музея сравнительной зоологии Гарвардского университета. Так что ни один рябок ради новых опытов не пострадал.
- Дмитрий Ладыгин
- wikipedia.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....