Vědci detail jejich zjištění ve studii zveřejněné 5. června v časopise Záležitost.
hlubinní tvorové vyvinuli některé fascinující adaptace, jako je bioluminiscence, oči, které vidí při slabém osvětlení, a ústa, která mohou pohltit mnohem větší kořist. Některé druhy, jako je hlubinná dragonfish (Aristostomias scintillans), mají průhledné zuby.
„je To adaptace, která, pokud je nám známo, nebyla dosud podrobně prozkoumána,“ řekla Audrey Velasco-Hogan, vědy o materiálech PhD student na UC San Diego Jacobs School of Engineering a první autor studie. „Studiem, proč jsou tyto zuby průhledné, můžeme lépe porozumět hlubinným organismům, jako je dragonfish, a adaptacím, které se vyvinuly, aby žily ve svém prostředí.“
průhledné zuby spolu s tmavým tělem činí dragonfish v podstatě neviditelnou pro svou kořist, vysvětlil Velasco-Hogan. Díky této kamufláži patří dragonfish mezi nejlepší predátory hlubokého moře, přestože je malý (měří asi 15 centimetrů dlouhý) a relativně pomalý.
“ většinu času tráví sedět s otevřenými čelistmi a čekat, až něco přijde. Jejich zuby jsou vždy vystaveny, takže je důležité, že jsou transparentní, takže nemají odrážejí nebo rozptylují jakékoliv bioluminiscenční světlo z prostředí,“ Velasco-Hogan řekl.
K vyřešení záhady dragonfish je zubní přestrojení, vědci naskenovány a analyzovány již zubů pomocí kombinace elektronové mikroskopie, soustředěný svazek iontů a nanoindentace testy. Zjistili, že zuby mají jedinečné vlastnosti jak ve vnější smaltované vrstvě, tak ve vnitřní dentinové vrstvě.
smalt-jako vrstva, se skládá z nanokrystalů hydroxyapatitu strukturovány způsobem, který zabraňuje světlo od rozptylem či odrazem z povrchu zubů. Dentinová vrstva je také strukturována svým vlastním zvláštním způsobem. Postrádá mikroskopické kanály zvané dentinové tubuly, které dávají zubům lidí a jiných zvířat jejich barvu. Absence tubulů je také zodpovědná za to, aby byly zuby dragonfish průhledné.
“ zuby obvykle nejsou nanostrukturovány. A mají tendenci mít mikroskopické funkce, jako jsou dentinové tubuly. Z materiálového hlediska je opravdu zajímavé vidět, že zuby dragonfish mají architektury, které v jiných nevidíme, “ řekl Velasco-Hogan.
„také mě fascinuje, jak existují zásadní podobnosti mezi materiály v laboratoři a v přírodě,“ dodala. „Experimentálně víme, že způsob, jak učinit materiál průhledným, je zmenšení jeho velikosti zrna, aby byl nanostrukturován. Takže vidět, že je to také způsob, jakým příroda dosahuje transparentnosti, je zajímavou paralelou.“
interdisciplinární týmová práce
Velasco-Hogan byl součástí interdisciplinárního týmu vědců, kteří jako první podrobně studovali zuby dragonfish. Velasco-Hogan zobrazoval zuby, charakterizoval jejich průhlednost a studoval jejich mechanické vlastnosti. Pracovala pod vedením Marca Meyerse, profesora na katedrách Nanoinženýrství a strojírenství a leteckého inženýrství na UC San Diego.
„Moje skupina je vždy hledají nové materiály v přírodě studovat,“ řekl Meyers, jehož výzkum se zaměřuje na biomimikry. „A mezioborová spolupráce je klíčovou součástí naší práce. Když spojíme vědce z různých prostředí, můžeme rozšířit znalosti v našich oborech způsobem, který by jediná laboratoř nemohla udělat sama.“
spolupracovali s Dimitri Deheynem, mořským biologem v Scripps Institution of Oceanography v UC San Diego, který zkoumá bioluminiscenci a biomimikry. Deheyn navrhl myšlenku studie, shromáždil vzorky, provedl zobrazovací experimenty a charakterizoval průhlednost zubů.
„využívá maximální přizpůsobení organismů ukázat na konkrétní prostředí má vždy řidič pro technologické inovace, a dragonfish není výjimkou,“ řekl Deheyn. „Je jasné, že stále širší inspiraci shromáždit z dragonfish a přírody obecně, a to zachytit mezi biologie a inženýrství prostřednictvím biomimicry je jasně lukrativní cestu pro udržitelné inovace.“
tým také zapojen do laboratoře Eduard Arzt, Ředitel Leibniz Institutu pro Nové Materiály (INM) v Saarbrückenu, Německo. Marcus Koch, který je vedoucím fyzické analýzy v INM, analyzoval nanostrukturu zubů pomocí specializovaného elektronového mikroskopu. Birgit Nothdurft, technik v divizi fyzické analytiky v INM, provedl vysoce specializovanou přípravu vzorků.
Tato práce byla podpořena Air Force Office Výzkumu (granty FA9550-15-0009 a FA9550-10-1-0555), německé Humboldtovy Nadace, a Biomimicry pro Vznikající Vědy a Technologie Iniciativa.