Биомеханический анализ и компьютерное моделирование раскрывают механизм захлопывания венериной мухоловки

Венерина мухоловка (Dionaea muscipula) захлопывает ловушку всего за 100 миллисекунд. Используя биомеханические эксперименты и виртуальные модели, команда из Фрайбургского ботанического сада и Университета Штутгарта детально проанализировала движение долей ловушки.

Ключевые выводы исследования:

• Механическое предварительное напряжение: Ловушка находится в состоянии механического предварительного напряжения.
• Трехслойная структура: Для правильного захлопывания ловушка должна состоять из трех слоев ткани: внутреннего (сжимающегося), внешнего (расширяющегося) и нейтрального среднего.
• Роль гидратации: Только хорошо политые ловушки способны быстро и правильно захлопываться, высвобождая это предварительное напряжение. Обезвоживание меняет давление в клетках и поведение ткани.

Методология:

Ученые использовали методы цифровой 3-D корреляции изображений для анализа поверхностей ловушки, а затем создали несколько виртуальных моделей в конечно-элементном моделировании. Только цифровые ловушки, находившиеся в состоянии предварительного напряжения, демонстрировали характерное захлопывание.

Контекст:

Исследование проводилось в рамках кластера передового опыта «Живые, адаптивные и энергоавтономные материалы» (livMatS) Фрайбургского университета. Венерина мухоловка служит там моделью для биомиметического демонстратора из искусственных материалов, обладающих жизнеподобными характеристиками: адаптацией к среде и получением энергии из нее.

Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.