Вопреки распространённому мнению, остатки хитин-белкового комплекса (строительного материала из белков и полисахаридов) в изобилии присутствуют в окаменелостях членистоногих эпохи палеозоя.

Модель ракоскорпиона (фото elrina753) Считалось, что старейшей из дошедших до нас молекулярных сигнатур хитин-белкового комплекса 25 млн лет (кайнозой), а остаткам структурного белка — 80 млн (мезозой). Но вот международная группа учёных во главе с Джорджем Коди из Института Карнеги (США) обнаружила реликты хитин-белкового комплекса в палеозойских окаменелостях членистоногих. Находка может иметь серьёзные последствия для понимания палеонтологической летописи.

Членистоногие, как вы помните, обладают кутикулой. Внешняя часть этого экзоскелета состоит из переплетения волокон хитина, которые встроены в белковую матрицу. Хорошо известно, что хитин и структурный белок легко разлагаются микроорганизмами, поэтому издавна считается, что в окаменелостях среднего возраста (не говоря уже об ископаемых раннего палеозоя и старше) не может быть хитина и структурных белков.

Г-н Коди и коллеги изучали останки кутикул скорпиона, жившего 310 млн лет назад в северной части штата Иллинойс, и ракоскорпиона, обитавшего в канадской провинции Онтарио 417 млн лет назад. С помощью сложных аналитических инструментов, которые отыскались в Центре передовых источников света Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, учёные смогли измерить спектры поглощения низкоэнергетических рентгеновских лучей углеродом, азотом и кислородом в окаменелостях с разрешением около 25 нм. Было показано, что большинство атомов углерода, азота и кислорода в останках получены из хитин-белкового комплекса.

Джордж Коди предполагает, что рудиментарные хитин-белковые комплексы могут играть важную роль в сохранении ископаемых путём предоставления подложки, защищённой от общей деградации покрытием из восковых веществ, которые при жизни предохраняют членистоногих от высыхания.

Результаты исследования опубликованы в журнале Geology.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Экзоскелет насекомых прочнее костей позвоночных. Состоящий из кутикулы, он соединяет в себе несоединимое — исключительную жёсткость и беспримерную прочность.

Подробнее...

Экзоскелет насекомых, состоящий из кутикулы, соединяет в себе несоединимое — исключительную жёсткость и беспримерную прочность.

Экзоскелет насекомых образован кутикулой, которая может быть мягкой и тонкой, а может — чрезвычайно прочной и плотной. Считается, что кутикула насекомых — второй по распространённости биоматериал после древесины; это неудивительно, учитывая многочисленность самих насекомых. Вместе с тем далеко не все свойства кутикулы изучены достаточно хорошо, что и следует из статьи в Journal of Experimental Biology, опубликованной учёными дублинского (Ирландия) Тринити-колледжа.

Исследователей интересовали биомеханические характеристики задних ног кузнечиков. Прыгучесть этих насекомых хорошо известна: они отталкиваются задними ногами и преодолевают расстояние, во много раз превышающее длину их тела. Очевидно, чтобы выдерживать такие нагрузки, ноги прямокрылых должны отличаться высочайшей жёсткостью, чтобы сила толчка не гасилась гибкостью. То есть при всей жёсткости задние ноги кузнечиков должны быть достаточно хрупки. Выяснилось, что это не так: кутикулярный экзоскелет прыгательных конечностей у кузнечиков не ломается, даже если на ногах специально сделать насечки, которые уменьшили бы прочность.

Иными словами, кутикула обеспечивает конечностям кузнечиков два, казалось бы, несовместимых качества — исключительную жёсткость и удивительную прочность. По словам авторов работы, прочность прыгательных ног кузнечиков вообще едва ли не наивысшая среди всех биоматериалов. Рога оленей или полорогих копытных ещё могут поспорить с кутикулярным экзоскелетом, но, скажем, обычные кости уже ему уступают. Правда, учёные отмечают, что биомеханические характеристики кутикулы сильно зависят от содержания воды: при недостатке влаги жёсткость увеличивается, но возрастает и ломкость.

В связи с этим возникает вопрос: как, например, прочность и жёсткость кутикулы варьируется от вида к виду? Будут ли ноги жуков демонстрировать такую же прочность, как и ноги кузнечиков? И только ли кутикуле конечности насекомых обязаны своей прочностью? Но в любом случае очевидно, что кутикула играет тут не последнюю роль, и, возможно, в будущем биоинженерам удастся создать искусственный материал с такими же механическими характеристиками.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА