Самец пустынного рябка, возможно, не очень привлекателен, но его перья на животе наделяют его уникальной способностью поглощать и переносить воду. Исследователи впервые внимательно изучили структуру перьев, чтобы понять, как они поглощают воду и можно ли адаптировать этот процесс для человека.
Когда вы думаете о перьях, вы, вероятно, думаете об их способности отталкивать воду. Не так обстоит дело с перьями на брюхе самца пустынного рябка. Он может посетить водопой, впитать воду в свои перья, пролететь более 12 миль (20 км) над пустыней, и у него еще останется достаточно воды, чтобы насытить гнездо, полное кричащих цыплят. Это удивительный подвиг, если учесть, что он может удерживать около 15% своего веса в воде, летая со скоростью около 40 миль в час (64 км/ч).
Способность рябка переносить воду впервые была замечена в 1896 году. Эдмунд Мид-Вальдо, орнитолог и защитник природы, когда он разводил птиц в неволе. К сожалению, когда он сообщил о своих открытиях другим, никто ему не поверил. Только в 1967 году Том Кейд и Гордон Маклин сообщили о своих наблюдениях за рябками на водопоях в журнале The Condor., на что обратил внимание научный мир.
Теперь исследователи из Университета Джона Хопкинса и Массачусетского технологического института использовали современные микроскопы с высоким разрешением и 3D-технологии, чтобы получить невиданный ранее взгляд на то, что придает этим перьям воду. -удерживающая способность. Они использовали брюшные перья взрослых самцов рябков Намаква, распространенных в Намибии, Ботсване и Южной Африке.
Используя сканирующий электронный микроскоп, микрокомпьютерную томографию, световую микроскопию и 3D-видеографию, исследователи смогли изучить стержни перьев на брюхе, которые составляют часть ширины человеческого волоса, и еще более мелкие бородки. Эти крошечные крючки обеспечивают механическую структуру и аэродинамическую целостность.
Сканирующая электронная микрофотография внутренней зоны сухого брюшного пера рябчика Намаква, показывающая стержень бородки, спиральные завитки бородок, прилегающие к стержню бородки, и прямое волокнистое продолжение бородок за пределы спиральных завитков. Вид 2. Изображения
Сканирующая электронная микрофотография внутренняя зона сухого брюшного пера рябчика Намаква, показывающая стержень бородки, спиральные завитки бородок, прилегающие к стержню бородки, и прямое волокнистое продолжение бородок за спиральными завитками
Электронная микрофотография внутренняя зона сухого брюшного пера рябчика Намаква, показывающая спиральные витки бородок, прилегающих к стержню бородки » alt=»Влагопоглощающие перья могут вдохновить на создание лучших бутылок и сборщиков тумана» />
Затем они предприняли деликатную задачу, погрузив сухие перья в воду и вытащив их из воды, и под большим увеличением наблюдали, как структура пера впитывает жидкость.
«Когда вы делаете такую работу, вы можете» даже дышать нельзя, иначе его сдует», — сказал Йохен Мюллер, соавтор исследования.
Как правило, птичьи перья имеют центральный стержень, от которого отходят более мелкие зазубрины, а от них отходят еще более мелкие зазубрины. Но у сухих перьев рябка внутренняя зона пера имеет спирально закрученные у основания бородочки, которые затем распрямляются. Во внешней зоне бородочки прямые и намного длиннее, расположены бахромой.
Исследователи обнаружили, что во влажных перьях бороздки во внутренней зоне были маленькими и гибкими, так что поверхностного натяжения было достаточно, чтобы согнуть прямые части в каплевидные структуры, удерживающие воду. Шипы и бородки внешней зоны обвивались вокруг структур внутренней зоны, помогая удерживать воду на месте. После высыхания структуры вернулись к своей первоначальной форме.
«Очень увлекательно видеть, как природе удалось создать структуры, настолько эффективные, чтобы впитывать и удерживать воду», — сказал Мюллер. «С инженерной точки зрения мы думаем, что результаты могут привести к новым биологическим творениям».
Хотя ранее считалось, что поверхностное натяжение позволяет перьям удерживать воду, это исследование демонстрирует, что это гибкость различных частей пера, что является ключевым.
Исследователи говорят, что результаты исследования могут привести к полезным человеческим применениям. Например, в пустынных регионах, таких как пустыня Атакама в Чили, где воды мало, но регулярно случаются туман и роса, адаптация структуры пера может быть включена в водосборные сети.
«Вы мог представить, что это может быть способом улучшить эти системы», — сказала Лорна Гибсон, соавтор исследования. «Материал с такой структурой может быть более эффективным при сборе тумана и удержании воды».
Другим потенциальным применением может быть дизайн бутылки для воды, которая вмещает много жидкости, но опирается на перьевую структуру, чтобы вода не двигалась, когда кто-то, скажем, бежит.
«Вот что взволновало. нам, чтобы увидеть такой уровень детализации», — сказал Мюллер. «Это то, что нам нужно понять, чтобы использовать эти принципы для создания новых материалов».
Исследователи намерены напечатать аналогичные структуры на 3D-принтере, добиваясь коммерческого применения своего открытия.
Исследование было опубликовано в Journal of the Royal Society Interface, а приведенное ниже видео, созданное Университетом Джона Хопкинса, показывает, как ученые проводили свои исследования, и включает в себя некоторые из собранных ими изображений.
Как африканская птица может вдохновить на создание лучшей бутылки с водой
