Krigerrige mantis-rejer fanget ud af deres huller har længe været populære motiver for undervandsfotografer - selvom de fleste ved, at de risikerer en revnet kuppelport, hvis de kommer for tæt på.
Disse store rejer har et kraftfuldt slag, som de kan bruge til at dræbe byttedyr eller forsvare territorium fra rivaler. I stand til at smadre en bløddyrsskal eller knuse akvarieglas, har denne punch kraften af en 22 kaliber kugle, siger videnskabsmænd ved Northwestern University i Illinois.
Det, de ville finde ud af, var, hvordan rejernes egne sarte nerver og væv overlever de intense chokbølger, der blev skabt under processen – og de regner med, at de nu har svaret.
Punchen leveres via rejens to hammerlignende “dactyl køller”. Disse, viser det sig, er dækket af lagdelte mønstre, der ved at blokere specifikke vibrationer danner et skjold.
Holdet mener, at principperne her kan anvendes til at udvikle syntetiske lydfiltrerende materialer eller beskytte mod eksplosionsrelaterede skader.
Trykbølger og bobler
"Det meste tidligere arbejde har fokuseret på [dactyl] klubbens sejhed og modstandsdygtighed over for revner, idet strukturen blev behandlet som et hærdet stødskjold," siger Prof Horacio D Espinosa, ekspert i bio-inspirerede materialer ved Northwestern og medforfatter af undersøgelse netop offentliggjort in Videnskab.
"Vi fandt ud af, at den bruger 'fononiske mekanismer' - strukturer, der selektivt filtrerer stressbølger. Dette gør det muligt for rejen at bevare sin slående evne over flere påvirkninger og forhindre bløddelsskade."
Dactylkøllerne lagrer deres energi i fjederlignende strukturer, der er tilbageholdt af låselignende sener. Når låsen slippes, driver den lagrede energi køllen fremad med eksplosiv kraft.
"Når mantis-rejen rammer, genererer påvirkningen trykbølger på dens mål," siger Espinosa. "Det skaber også bobler, som hurtigt kollapser for at producere chokbølger i megahertz-området.
"Sammenbrudet af disse bobler frigiver intense udbrud af energi, som rejse gennem rejeklubben. Denne sekundære chokbølgeeffekt, sammen med den indledende slagkraft, gør mantis-rejens angreb endnu mere ødelæggende."
Holdet analyserede mikrostrukturen af peacock mantis rejer (Odontodactylus scyllarus)'s rustning og identificerede to adskilte regioner i klubben.
Slagområdet, der afgiver slagene, består af mineraliserede fibre arrangeret i et forstærkende sildebensmønster. Under dette består det periodiske område af snoede, proptrækkerlignende fiberbundter, hvor hvert lag gradvist roteres i forhold til dets naboer.
Afgørende rolle
"Den periodiske region spiller en afgørende rolle i selektiv filtrering af højfrekvente forskydningsbølger, som er særligt skadelige for biologiske væv," siger Espinosa. "Dette beskytter effektivt rejerne mod skadelige stressbølger forårsaget af direkte påvirkning og boblekollaps."
Forskerne analyserede 2D-simuleringer af bølgeadfærd, men fremtidig forskning vil sandsynligvis fokusere på "mere komplekse 3D-simuleringer for fuldt ud at fange, hvordan klubbens struktur interagerer med chokbølger," siger Espinosa.
"Derudover vil design af akvatiske eksperimenter med state-of-the-art instrumentering give os mulighed for at undersøge, hvordan foniske egenskaber fungerer under nedsænkede forhold." Under ledelse af Nicolas Alderete fra Northwestern blev undersøgelsen støttet af Air Force Office of Scientific Research, Office of Naval Research og National Science Foundation.
Også på Divernet: Raja Ampat Creature Feature Peacock Mantis-rejer, Critters of the Great Barrier Reef Mantis Shrimp
