Новости

Креветка-щелкун стреляет плазмой

На КДПВ «черекраб» — выдуманное чудовище из аниме, помесь черепахи и креветки-щелкуна. А вот несколько реальных способностей креветки-щелкуна, которые подходят для сверхъестественной твари:

  • Креветка-щелкун охотится и строит норы, выпуская из клешни струю воды со скоростью 100 км/ч.
  • Креветка-щелкун создает щелчком акустическое давление до 80 кПа на расстоянии 4 см от когтя.
  • Из-за высокой скорости струи воды возникает кавитационный пузырь. Когда пузырь лопается, он выделяет тепло, достигающее 4 427 °C. Это в четыре раза горячее, чем лава. Короче, креветка плюется из клешни плазмой.
  • У креветки-щелкуна только одна клешня умеет «щелкать». Если рабочую клешню оторвать, вторая перестроится, чтобы начать «щелкать».
  • Креветка-щелкун — самый громкий обитатель морей, она издает звук в 200 дБ (перепонки человека лопаются при 160 дБ).
  • Креветки-щелкуны переполошили ВМФ США во время второй мировой.

Креветка-щелкун

Варианты русскоязычных названий семейства Alpheidae: раки-щелкуны, креветки-щелкуны, креветки-пистолеты, щелкающие креветки.

Креветок-щелкунов больше тысячи видов, внешне они могут немного различаться, но у всех есть общая черта: ассиметричная клешня, которой они издают громкий щелкающий звук.

Ареал обитания — примерно везде, хотя большинство видов предпочитает тропические и умеренные прибрежные и морские воды:

Щелкающие креветки издают такой громкий треск, что мешают акустической передаче под водой.

Супер-сила креветки

До 2000 года ученые считали, что громкий звук возникает от удара двух половинок клешни друг о друга. Но потом доказали, что в громком звуке замешана гидродинамика.

Креветка может сомкнуть клешню очень быстро: кончик подвижной части ее клешни движется со скоростью 20 м/с. Вода, находящаяся между половинками клешни, выдавливается и образует водную струю со скоростью 30 м/с, или 100 км/ч. Скорость водяной струи настолько высока, что мы получаем падение давления ниже давления водяного пара, что приводит к кавитации.

Кавитация

Кавитация возникает, когда скорость воды очень высока, и в этом случае давление значительно падает из-за принципа Бернулли. Давление падает даже ниже давления водяного пара, и вода будет испаряться, т.е. закипать, при температуре окружающей среды. Из-за низкого давления образующийся паровой пузырь вырастет примерно до 1 см. Но когда давление снова повысится, этот пузырь схлопнется, высвободив энергию.

Ученые записали на гидрофон и сняли креветок на  высокоскоростную видеокамеру, которая записывает 40 000 кадров в секунду, т.е. каждые 25 микросекунд камера делает снимок. Только при такой скорости записи стало возможно рассмотреть закрытие когтя, рост пузыря и схлопывание пузыря. 

Камеру настроили так, что щелчок — стал триггером для срабатывания камеры, но при этом камера все равно писала кадры до триггера. Все эти танцы с бубном, чтобы в супер-слоумо заснять, что произошло в промежутке сразу после закрытия когтя.

Потом ученые свели записи звука и видео по времени и выяснили, что во время закрытия клешни не было звука, и что очень сильный сигнал приборы уловили именно во время схлопывания пузыря. Клешня закрывается за долгое время (долгое по шкале времени высокоскоростной камеры, 600 микросекунд) до того, как пузырь схлопывается, и приборы регистрируют очень громкий взрыв в 200 дБ.

Если что, Википедия говорит, что 200 дБ — это шумовое оружие.

130 дБ — Болевой порог (самолёт на старте)
140 дБ — Контузия (звук взлетающего реактивного самолета)
160 дБ — Шок, травмы (ударная волна от сверхзвукового самолёта) При уровнях звука свыше 160 дБ возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 — смерть.

 
Кавитационная эрозия в двигательных установках судов — серьезная проблема. Когда вода обтекает гребной винт корабля с большой скоростью, создается разрежение, и возникающие кавитационные пузыри повреждают гребной винт корабля. Большие металлические лопасти повреждаются из-за схлопывания пузырьков, образующихся вокруг пропеллера. 

Дельфины не могут плавать со скоростью более 15 м/с их «кавитация» за бочок кусает. А тунцы могут, у них болевых рецепторов на плавниках нет, им все равно на повреждения тушки.

В этой статье прям подробно и с терминами описывают предположительную физику всего процесса.

По сути, клешня креветки-щелкуна — это механизм, который работает по принципу «молот бьет по наковальне».

(a ) Щелкающие компоненты клешней креветки: d соответствует дактилю, p — поршню и s — гнезду. 
( б ) закрытая клешня; виден канал, через который выходит поток. 
( c ) Визуализация упрощенной геометрии когтя, используемой в исследовании выше. 

Выстрел схематично:

Креветка использует кавитационный пузырь, чтобы повредить, оглушить или даже убить свою добычу.

Фото ниже — покушение на бедного краба.

Высокоскоростные видеозаписи

Кавитационный пузырь креветки-щелкуна — дерзкий, как пуля резкий. Ладно, не как пуля. В 4 раза медленнее, чем пуля выходит из пистолета ТТ. Но всё же, невооруженным глазом фиг что рассмотришь. Вот подборка слоумо-гифок и ссылок на видео, где что-то можно разглядеть.

Кадры из исследования 2000 года:

Вид сверху

Высокоскоростная съемка креветок (40 500 кадров в секунду) на виде сверху.
150 x 150 пикселей, 24 бита, 110 кадров, 10 000 кадров/cек, 662 КБ/сек,
время экспозиции без сжатия 25 мкс.

Вид сбоку

Высокоскоростная съемка креветок (13 500 кадров в секунду) при виде сбоку.
128 x 128 пикселей, 24 бита, 75 кадров, 10 000 кадров/cек, 480 КБ/сек, без сжатия.
Время выдержки 75 мкс.

Вид спереди (раз)

Высокоскоростная съемка креветок (2000 кадров в секунду) спереди.
512 x 144 пикселей, 8 бит, 101 кадр, 10.000 кадров / сек, 720 КБ / сек,
время экспозиции без сжатия 25 мкс.

Вид спереди (два)

Высокоскоростная съемка креветок (2000 кадров в секунду) спереди. 
512 x 144 пикселей, 8 бит, 101 кадр, 10.000 кадров / сек, 720 КБ /сек, время экспозиции без сжатия 25 мкс.

Кстати, ультовать кавитацией при охоте могут не только креветки-щелкуны. У креветки-богомола есть пара молоткообразных хищных придатка, которыми она лупит добычу.

Ученые думают, что кавитация у креветок-богомолом скорее баг, чем фича. Кавитационные пузыри калечат хищные придатки — со временем поверхность придатков покрывается ямками и углублениями. Креветки-богомолы линяют чаще котиков, так что борются с побочкой, обновляя панцирь.

У креветок-богомолов столько фишек интересных, что я уже хочу отдельно про них написать. А пока просто посмотрите какие они красивые:

Креветочная люминесценция

В ходе другого эксперимента, выяснили, что кавитационные пузыри креветок еще и светятся. 

Ученые увидели короткую интенсивную  вспышку света при схлопывании пузыря. Из-за сходства с сонолюминесценцией это явление назвали «shrimpoluminescence», что-то вроде «креветколюминисценция». 

Длительность вспышки менее 10 нс. Общее количество фотонов, испускаемых изнутри горячего пузыря, составляет до 5 × 104 фотонов, что обычно на один-два порядка меньше, чем сонолюминесценция от одного схлопывающегося пузыря. Поэтому свечение креветок не может быть обнаружено невооруженным глазом.

Излучение света при схлопывании пузыря может не иметь биологического значения, возможно это просто побочка коллапса пузыря.

Более того, в 2019 году чуваки заморочились, купили на e-Bay креветку-щелкуна, собрали ее панцири после линьки, напечатали на 3D-принтере аналог клешни, только в 5 раз больше и добыли с помощью него плазму. Теперь думают, как эту бандуру применять, предлагают продукты дезинфицировать. Вот ссылочка на статью про исследование.

Сотрудничество

Креветки-щелкуны «дружат» с рыбами-бычками.

Зрение у рыбки лучше, чем у креветки. Так что креветка делает всю грязную работу, вроде рытья норки или охоты на добычу, а рыба-бычок палит за обстановкой.

Креветка-щелкун держится своими антенками за хвост рыбы-бычка. Если рыба-бычок видит опасность, она дергает хвостом и оба чувака прячутся в норке. Но такая тема есть не всех креветок-щелкунов и не у всех рыб-бычков, у которых больше двух тысяч видов.

Некоторые креветки-щелкуны живут колониями, как муравьи.

Недоразумение в ВМФ США

Во время Второй мировой войны треск креветок-щелкунов начал мешать работе гидролокатора, который военные США использовали для обнаружения подводных лодок противника.

ВМФ нужно было знать, откуда исходит шум, поэтому они обратились к исследователям из отдела военных исследований Калифорнийского университета, которые обнаружили его источник: многочисленные сообщества крошечных креветок-щелкунов, населяющие коралловые рифы.

Военно-морской флот даже записал звуки креветок-щелкунов в учебный протокол, чтобы операторы гидролокаторов научились распознавать креветок, когда они их слышали.

В природе, шум кораллового рифа обычно индикатор его здоровья. Активная охота = сбалансированная экосистема.

Креветка-щелкун в культуре

Рок-музыка

Профессор биологии Университета Сиэтла Кристин Халтгрен и ее коллеги из Великобритании назвали свою находку Synalpheus pinkfloydi в честь своей любимой рок-группы Pink Floyd. Вот этот красавчик:

Даже в культуру эту креветку встроили. Если бы Synalpheus pinkfloydi украсил обложку альбома Pink Floyd 1977 года «Animals», а не знаменитая надувная свинья. (Изображение Криса Джарвиса).

Супергероика

Netflix посветили креветку-щелкуна через персонажа Джейми Фокса в фильме «Project Power», в эпизоде, где чувак уничтожает противников каплями дождя. Понятно, что вопрос о возможности провернуть все нарисованные спецэффекты не стоит, как минимум из-за масштаба. Но Netflix распиарили креветку-щелкуна, зрители после выхода фильма активно гуглили запрос «pistol shrimp».

Аниме

Смесь краба и черепахи с клешнями как у рака щелкуна — черекраб. Его выдумали 3 школьницы из аниме «Руки прочь от киноклуба» для своей короткометражки:

Сверхъестественная сила черекраба основана на реальных способностях креветки-щелкуна.

Скины

А вот просто несколько фоток креветок-щелкунов:

Добавить комментарий

Кнопка «Наверх»