Химический состав и механические свойства гладиуса

Химический состав гладиуса современных кальмаров представляет собой сложный хитин-протеиновый комплекс, в котором хиган, представленный b-кристаллографической формой [Lotmar, Picken, 1950], определяет прочность материала на разрыв, а белок играет роль пластификатора и обеспечивает обратимый параллельный сдвиг хитиновых волокон [Hunt, Nixon; 1981].

Полимерные цепи хитина в гладиусе уложены в параллельные плоскости, связанные между собой водородными связями [Pervaiz, Haleem, 1975]. Для вещества, слагающего гладиус современных кальмаров, характерна кристаллическая структура и полное отсутствие карбонатов.

В качестве опорной структуры гладиус подвержен самым разнообразным и значительным по величине нагрузкам: его передний и средний отделы, поддерживающие голову и мантийные мышцы, работают в основном на растяжение и чистый изгиб; задний отдел, поддерживающий плавники и задний конец мантии, — на изгиб, поперечный изгиб и кручение. Чтобы соответствовать своим функциям, гладиус должен сочетать высокие показатели прочности и гибкости с минимальным весом. Такое сочетание обеспечивается ярко выраженной неоднородностью (анизотропией) и композитным характером материала гладиуса. Анизотропность достигается за счет упорядоченной ориентации многочисленных хитиновых слоев, слагающих гладиус. Высокопрочные слои хитина располагаются в функционально важных отделах гладиуса таким образом, что при минимальном весе обеспечивается большая прочность структуры в отношении данного вида нагрузок.

Композитный характер материала гладиуса обеспечивается различным химическим составом слагающих гладиус раковинных слоев: средний слой (остракум) образован жесткой и прочной разновидностью хитина, а внутренний (гипостракум) и наружный (периостракум) сложены совсем другим хитином — прозрачным, эластичным, хрящеподобным. Сочетание жесткого и тонкого каркаса (остракума) и эластичного наполнителя (гипостракума) придает гладиусу необходимые прочность и гибкость. Укладка слоев остракума и гипостракума в нагруженных участках гладиуса (например, у нектонных видов в области стебля) отличается очень сложной конфигурацией и на срезе напоминает структуру дамасской стали. Сходство структуры гладиуса с булатом определяет и сходство их механических свойств: известно, что дамасские клинки изгибались без излома на 180%. Подобной поразительной гибкостью обладают и свежеизвлеченные гладиусы. Таким образом, гладиус кальмаров в буквальном смысле оправдывает свое название: gladius — меч гладиатора.
 

Sthenoteuthis oualaniensis; конфигурация слоев нарастания на поперечных срезах гладиуса: А — участок стебля под большим увеличением; В — медиальное ребро жесткости рахиса