tutkijat kertovat havainnoistaan jutussa, joka julkaistiin Matter-lehdessä 5.kesäkuuta.
syvänmeren olennoille on kehittynyt joitakin kiehtovia sopeutumia, kuten bioluminesenssi, silmät, jotka näkevät hämärässä, ja suut, jotka voivat nielaista paljon suuremman saaliin. Joillakin lajeilla, kuten syvänmeren sudenkalalla (”Aristostomias scintillans”), on läpinäkyvät hampaat.
” se on sopeutuma, jota ei tietääksemme ole vielä tutkittu yksityiskohtaisesti”, sanoi Audrey Velasco-Hogan, materiaalitieteen tohtoriopiskelija UC San Diego Jacobs School of Engineeringissä ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja. ”Tutkimalla, miksi nämä hampaat ovat läpinäkyviä, voimme paremmin ymmärtää syvänmeren eliöitä, kuten sudenkaloja, ja sopeutumia, joita ne ovat kehittäneet elääkseen ympäristössään.”
läpinäkyvät hampaat yhdessä tumman ruumiin kanssa tekevät sudenkalasta olennaisesti näkymättömän saaliseläimelleen, selitti Velasco-Hogan. Naamioitumisensa ansiosta sudenkalat kuuluvat syvänmeren suurimpiin petoeläimiin, vaikka ne ovat pieniä (noin 15 senttimetriä pitkiä) ja suhteellisen hitaita.
” ne viettävät suurimman osan ajastaan istuen ympäriinsä leuat auki odottaen, että jotain tulee vastaan. Niiden hampaat ovat aina esillä, joten on tärkeää, että ne ovat läpinäkyviä, jotta ne eivät heijasta tai Sirota ympäristöstä mitään bioluminesenssivaloa, Velasco-Hogan sanoi.
dragonfishin hammasvalepuvun mysteerien ratkaisemiseksi tutkijat kuvasivat ja analysoivat hampaiden nanorakenteet elektronimikroskopian, tarkennetun ionisäteen ja nanoindentaatiokokeiden yhdistelmällä. He havaitsivat, että hampailla on ainutlaatuisia ominaisuuksia sekä niiden ulommassa hammaskiillettä muistuttavassa kerroksessa että sisemmässä dentiinikerroksessa.
kiilteen kaltainen kerros koostuu hydroksiapatiittinanokrystaaleista, jotka ovat rakentuneet siten, että valo ei siroa tai heijastu pois hampaiden pinnalta. Dentiinikerros on myös jäsennelty omalla erityisellä tavallaan. Siitä puuttuu mikroskooppisia dentiinitubuluksiksi kutsuttuja kanavia, jotka antavat ihmisten ja muiden eläinten hampaille niiden värin. Tubulusten puuttuminen on myös vastuussa dragonfishin hampaiden läpinäkyvyydestä.
” tyypillisesti hampaat eivät ole nanorakenteisia. Ja niillä on yleensä mikroskooppisia ominaisuuksia, kuten dentiinitubuluksia. Materiaalien näkökulmasta on todella mielenkiintoista nähdä, että dragonfishin hampaissa on arkkitehtuureja, joita emme näe muissa”, Velasco-Hogan sanoi.
”minusta on myös kiehtovaa, miten laboratoriossa ja luonnossa olevien materiaalien välillä on perustavanlaatuisia yhtäläisyyksiä”, hän lisäsi. ”Kokeellisesti tiedämme, että materiaali voidaan tehdä läpinäkyväksi pienentämällä sen raekokoa nanorakenteiseksi. Sen näkeminen, miten luonto toteuttaa avoimuutta, on kiinnostava rinnakkaisuus.”
poikkitieteellinen tiimityö
Velasco-Hogan kuului poikkitieteelliseen tutkijaryhmään, joka ensimmäisenä tutki sudenkalojen hampaita yksityiskohtaisesti. Velasco-Hogan kuvasi hampaat, luonnehti niiden läpinäkyvyyttä ja tutki niiden mekaanisia ominaisuuksia. Hän työskenteli UC San Diegon nanotekniikan ja Kone-ja ilmailutekniikan osastojen professorin Marc Meyersin alaisuudessa.
”ryhmäni etsii aina uusia materiaaleja luonnosta tutkittavaksi”, sanoo Meyers, jonka tutkimus keskittyy biomikriisiin. ”Ja poikkitieteellinen yhteistyö on keskeinen osa työtämme. Kun tuomme eri taustoista tulevia tutkijoita yhteen, voimme edistää alojemme osaamista tavoilla, joihin yksittäinen laboratorio ei yksin pystyisi.”
he tekivät yhteistyötä Dimitri deheynin, UC San Diegon Scripps Institution of Oceanographyn meribiologin kanssa, joka tutkii bioluminesenssia ja biomikriisiä. Deheyn esitti idean tutkimukseen, keräsi näytteet, teki kuvantamiskokeita ja luonnehti hampaiden läpinäkyvyyttä.
”erityisten ympäristöjen äärimmäisten sopeutumiseliöiden hyödyntäminen on aina ollut teknologisen innovaation ajuri, eikä dragonfish ole tästä poikkeus”, deheyn sanoi. ”Dragonfish-lajista ja luonnosta yleensä on vielä laaja inspiraatio kerättävänä, ja tämä biologian ja tekniikan kohtaaminen biomimikryn kautta on selvästi tuottoisa tie kestäville innovaatioille.”
tiimiin kuului myös Leibnizin uusien materiaalien instituutin (INM) johtajan Eduard Arztin laboratorio Saarbrückenissä Saksassa. INM: n fyysisen analytiikan johtaja Marcus Koch analysoi hampaiden nanorakenteita erikoistuneella elektronimikroskoopilla. Birgit Nothdurft, INM: n fyysisen analytiikan osaston teknikko, suoritti näytteiden erittäin erikoistuneen valmistelun.
tätä työtä tuki ilmavoimien tutkimusosasto (Apurahat FA9550-15-0009 ja FA9550-10-1-0555), Saksalainen Humboldt-säätiö ja Biomimicry for Emerging Science and Technology Initiative.