Конструкция шипов у роз стала результатом компромисса между способностью к разрезанию и устойчивостью к деформации. Исследователи из Дании, используя силиконовые модели для экспериментов, установили, что слегка приплюснутые шипы эффективнее прорезают мягкие материалы по сравнению с округлыми, сохраняя при этом целостность и не подвергаясь сминанию под воздействием нагрузки.

Колючки роз – это выросты тканей растения, лишенных собственной системы проводящих сосудов. В связи с этим их относительно легко отломить, захватив небольшой фрагмент коры. Традиционно шипы рассматриваются как средство защиты от животных-травоядных, однако у роз они могут выполнять и дополнительную функцию: обеспечивать поддержку длинным побегам за счет цепляния за близлежащие ветви. В сельскохозяйственной практике наличие шипов создает определенные трудности, поскольку может приводить к травмам работников и повреждениям цветков, поэтому селекционеры стремятся к выведению сортов роз без колючек.

В предыдущих исследованиях уже были прояснены механизмы формирования шипов и причины их устойчивости к нагрузкам. Было установлено, что в процессе роста в них накапливаются лигнин и защитные компоненты, а сам процесс образования контролируется системой, аналогичной той, что регулирует развитие волосков на растениях. В дальнейшем ботаники изучили колючки шиповника и выявили сочетание изогнутой формы, прочных клеточных стенок и внутренней структуры, обеспечивающей равномерное распределение напряжения. Это позволяет шипу сохранять свою надежность при нагрузке.

Тем не менее, подобные исследования в отношении роз ранее не проводились. Как правило, иглы кактусов, колючки боярышника и большинство острых объектов имеют поперечное сечение, близкое к округлому. Такая форма оптимальна для протыкания и обеспечивает равномерное сопротивление изгибу во всех направлениях. Шип розы же характеризуется заметной сплюснутостью и напоминает короткий изогнутый режущий элемент.

Специалисты из Орхусского университета, расположенного в Дании, высказали гипотезу о том, что приплюснутая конфигурация шипа розы обусловлена не необходимостью пробивать поверхность, а обеспечением возможности передвижения по ней. Согласно их мнению, в данном случае острие должно обладать способностью удерживаться, разрезать материал и при этом сохранять устойчивость к боковым нагрузкам. Результаты исследования были обнародованы в Journal of the Royal Society Interface.

В рамках проведенного анализа специалисты рассмотрели форму шипов у 113 роз, представляющих 19 различных сортов. Оценка формы осуществлялась путем определения соотношения ширины поперечного сечения к его толщине. В результате было установлено, что типичный шип розы имеет ширину, превышающую его толщину почти в три раза.

Для демонстрации принципиальной возможности существования подобной геометрии с механическим объяснением, исследователи создали искусственные выступы из гибкого силикона. Форма поперечного сечения этих выступов варьировалась от близкой к округлой до значительно удлиненной. Полученные модели были установлены на небольшого робота, который перемещался через желатин, используемый в качестве имитации мягких тканей. Проведенное исследование воспроизводило сценарий, при котором животное касается стебля или побега розы, и происходит его скольжение относительно поддерживающей структуры.

Шипы с практически круглой формой острие демонстрировали высокую устойчивость при воздействии прямого давления, однако при боковом смещении они подвергались изгибу. Подобные шипы не проникали глубоко и, как правило, оставляли лишь поверхностную отметину. Сплюснутые шипы проявляли себя иначе: их узкий край функционировал подобно лезвию, а широкая сторона обеспечивала жесткость конструкции. Такая форма острие позволяла более эффективно рассекать желатин и надежнее за него удерживаться.

В то же время, сильно вытянутые модели становились чрезмерно тонкими, теряли свою устойчивость и подвергались смятию. Таким образом, шип должен сочетать в себе способность к разрезанию, сопротивление изгибу и устойчивость к сдавливанию. Оптимальным для достижения этих характеристик оказалось соотношение ширины к толщине в диапазоне от двух до четырех единиц. Именно в этот диапазон попало большинство измеренных параметров настоящих шипов роз.