Закованный в хитиновую броню, неповоротливый и солидный, напоминающий то ли ходячие садовые ножницы, то ли миниатюрную копию доисторического ящера, жук-носорог славится не только способностью пролетать без остановки огромное расстояние — до 50 км — и исключительной физической силой — он может передвигать вес, в 850 раз превышающий его собственный, — но и поразительным разнообразием форм своего главного оружия.
Жуки-носороги похожи друг на друга почти во всем. Исключение составляют рога самцов, которые принимают самые разные формы — от длинных рогатин до острых клещей. Ими самцы сражаются друг с другом, добиваясь благосклонности самок. Побеждает тот, кому удается вытолкнуть соперника с поля битвы или сбросить с ветки, если поединок происходит на дереве.
Разные виды жуков-носорогов используют в бою разную тактику. Например, японский жук-носорог (Trypoxylus dichotomus) стремится нацепить врага на свой вилообразный рог, чтобы опрокинуть его и заставить упасть с ветки. У самца гигантского жука-носорога или жука-геркулеса (Dynastes hercules) — одного из самых крупных жуков (его длина достигает 17 см) — два рога, располагающихся один под другим. В бою он орудует ими как клещами, пытаясь сжать соперника и поднять его в воздух. Жук Golofa porteri пытается насадить противника на свои длинные тонкие рога. Со стороны происходящее больше всего похоже на поединок фехтовальщиков, только рапиры растут у них их головы.
Эрин Маккалоу (Erin McCullough) и ее коллеги из Университета Монтаны выдвинули предположение, что форма рогов каждого вида жука-носорога в точности соответствует его боевой тактике и не годится для других. До настоящего времени не было осуществлено ни одного эксперимента, который доказал бы эту гипотезу с достаточной степенью достоверности.
Ученые построили биомеханические конечноэлементные 3D-модели для рогов трех видов жуков-носорогов (Trypoxylus dichotomus, Dynastes hercules и Golofa porteri) и провели серию испытаний, отчет о которых опубликован в сентябрьском номере журнала Национальной академии наук.
Каждый рог подвергли трем типам воздействия: давлению сверху, давлению сбоку и скручиванию. Опыты показали, что рог жука испытывает наименьшие нагрузку и напряжение в тех случаях, когда приложенное усилие соответствовало типу деформации, характерному для боевой тактики данного вида.
Основываясь на результатах опытов, исследователи заключили, что главная характеристика морфологии рогов — это не декоративные элементы, такие как развилки и зубцы, а профиль поперечного сечения. Эллиптический профиль наилучшим образом подходит для стержня, подвергающегося сгибанию в одном направлении, такого рода нагрузки характерны для рабочей части щипцов. Стержень с круглым профилем, напоминающий фехтовальное оружие, одинаково хорошо противостоит сгибанию в любом направлении. Треугольное сечение наиболее эффективно сопротивляется сгибанию и скручиванию.
Компьютерная микротомография рогов (реконструкция трехмерных моделей рентгеновских изображений) подтвердила соответствие формы их поперечного сечения — эллиптического у жука-геркулеса, круглого у Goolfa porteri и треугольного у японского жука-носорога — способам боевого применения.
«Даже небольшие изменения в форме поперечного сечения оказывают заметное воздействие на эффективность использования рогов, — отметила Маккаллоу на августовской конференции Общества изучения поведения животных в Принстонском университете, где она представила отчет о своих исследованиях. — Полученные нами результаты с полной определенностью указывают на связь между формой и функцией».
Фото превью: Didier Descouens, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons
