forskere beskriver deres resultater i et papir, der blev offentliggjort den 5.juni i tidsskriftet Matter.
Dybhavsdyr har udviklet nogle fascinerende tilpasninger som bioluminescens, øjne, der kan se i svagt lys, og mund, der kan opsluge meget større bytte. Nogle arter, såsom dybhavs dragonfish (Aristostomias scintillans), har gennemsigtige tænder.
“det er en tilpasning, der efter vores viden endnu ikke er blevet udforsket i detaljer,” sagde Audrey Velasco-Hogan, en materialevidenskab ph.d. – studerende ved UC San Diego Jacobs School of Engineering og første forfatter af undersøgelsen. “Ved at studere, hvorfor disse tænder er gennemsigtige, kan vi bedre forstå dybhavsorganismer som dragonfish og de tilpasninger, de udviklede sig til at leve i deres omgivelser.”
gennemsigtige tænder sammen med en mørk krop gør dragonfish i det væsentlige usynlig for deres bytte, forklarede Velasco-Hogan. På grund af denne camouflage er dragonfish blandt de øverste rovdyr i dybhavet på trods af at de er små (måler cirka 15 centimeter lange) og relativt langsomme.
“de bruger det meste af deres tid på at sidde med deres kæber åbne og vente på, at noget kommer forbi. Deres tænder udsættes altid, så det er vigtigt, at de er gennemsigtige, så de ikke reflekterer eller spreder noget bioluminescerende lys fra miljøet,” sagde Velasco-Hogan.
for at løse mysterierne i dragonfishens dental forklædning afbildede og analyserede forskere nanostrukturen af tænderne ved hjælp af en kombination af elektronmikroskopi, fokuseret ionstråle og nanoindentationstest. De opdagede, at tænderne har unikke egenskaber både i deres ydre emaljelignende lag og det indre dentinlag.
det emaljelignende lag består af hydroksyapatit nanokrystaller struktureret på en måde, der forhindrer lys i at sprede eller reflektere over tændernes overflade. Dentinlaget er også struktureret på sin egen særlige måde. Det mangler mikroskopiske kanaler kaldet dentin tubuli, hvilket er det, der giver tænderne hos mennesker og andre dyr deres farve. Fraværet af tubuli er også ansvarlig for at gøre dragonfish tænder gennemsigtige.
“tænder er typisk ikke nanostrukturerede. Og de har tendens til at have mikroskala funktioner såsom dentin tubuli. Fra et materialeperspektiv er det virkelig interessant at se, at dragonfish tænder har arkitekturer, som vi ikke ser i andre,” sagde Velasco-Hogan.
“jeg finder det også fascinerende, hvordan der er grundlæggende ligheder mellem materialer i laboratoriet og i naturen,” tilføjede hun. “Eksperimentelt ved vi, at måden at gøre et materiale gennemsigtigt på er ved at reducere dets kornstørrelse for at gøre det nanostruktureret. Så at se, at det også er, hvordan naturen opnår gennemsigtighed, er en interessant parallel.”
tværfagligt samarbejde
Velasco-Hogan var en del af et tværfagligt team af forskere, der var de første til at studere dragonfish tænderne i detaljer. Velasco-Hogan afbildede tænderne, karakteriserede deres gennemsigtighed og studerede deres mekaniske egenskaber. Hun arbejdede under ledelse af Marc Meyers, professor i afdelingerne NanoEngineering og mekanisk og Aerospace Engineering ved UC San Diego.
“min gruppe er altid på udkig efter nye materialer i naturen til at studere,” sagde Meyers, hvis forskning fokuserer på biomimikri. “Og tværfaglige samarbejder er en vigtig del af vores arbejde. Når vi bringer forskere fra forskellige baggrunde sammen, kan vi fremme viden på vores områder på måder, som et enkelt laboratorium ikke kunne gøre alene.”
de samarbejdede med Dimitri Deheyn, en havbiolog ved Scripps Institution of Oceanography ved UC San Diego, der forsker i bioluminescens og biomimicry. Deheyn foreslog ideen til undersøgelsen, indsamlede prøverne, udførte billeddannelseseksperimenter og karakteriserede tændernes gennemsigtighed.
“at drage fordel af de ultimative tilpasningsorganismer, der vises til specifikke miljøer, har altid været en drivkraft for teknologisk innovation, og dragonfish er ingen undtagelse herfra,” sagde Deheyn. “Der er helt klart stadig bred inspiration til at samle fra dragonfish og naturen generelt, og denne intercept mellem biologi og teknik gennem biomimicry er helt klart en lukrativ vej for bæredygtige innovationer.”
holdet involverede også laboratoriet for Eduard, direktør for Leibnisinstituttet for nye materialer (INM) i Saarbrr. Marcus Koch, der er leder af fysisk analyse hos INM, analyserede tændernes nanostruktur med et specialiseret elektronmikroskop. Birgit Nothdurft, en tekniker i divisionen for fysisk analyse hos INM, udførte en højt specialiseret forberedelse af prøverne.
dette arbejde blev støttet af Air Force Office of Research (tilskud FA9550-15 – 0009 og FA9550-10-1-0555), det tyske Humboldt Foundation og Biomimicry for Emerging Science and Technology Initiative.