a kutatók eredményeiket a Matter folyóiratban június 5-én megjelent cikkben részletezik.
a mélytengeri lények lenyűgöző adaptációkat fejlesztettek ki, mint például a biolumineszcencia, a gyenge fényben látó szemek és a sokkal nagyobb zsákmányt elnyelő száj. Egyes fajok, például a mélytengeri sárkányhal (Aristostomias scintillans) átlátszó fogakkal rendelkeznek.
“ez egy olyan adaptáció, amelyet tudomásunk szerint még nem fedeztek fel részletesen” -mondta Audrey Velasco-Hogan, Az UC San Diego Jacobs School of Engineering Anyagtudományi PhD hallgatója és a tanulmány első szerzője. “Ha megvizsgáljuk, hogy ezek a fogak miért átlátszóak, jobban megérthetjük az olyan mélytengeri élőlényeket, mint a sárkányhal, és azokat az adaptációkat, amelyeket a környezetükben éltek.”
az Átlátszó fogak, a sötét testtel együtt, a sárkányhalat lényegében láthatatlanná teszik zsákmányuk számára, magyarázta Velasco-Hogan. Ennek az álcázásnak köszönhetően a sárkányhal a mélytengeri csúcsragadozók közé tartozik, annak ellenére, hogy kicsi (körülbelül 15 centiméter hosszú) és viszonylag lassú.
“idejük nagy részét nyitott állkapcsokkal ülve töltik, várva, hogy valami eljöjjön. Fogaik mindig ki vannak téve, ezért fontos, hogy átlátszóak legyenek, hogy ne tükrözzék vagy szórják el a környezetből származó biolumineszcens fényt”-mondta Velasco-Hogan.
a sárkányhal fogászati álruhájának rejtélyeinek megoldása érdekében a kutatók elektronmikroszkópos, fókuszált ionnyaláb és nanoindentációs tesztek kombinációjával ábrázolták és elemezték a fogak nanoszerkezetét. Felfedezték, hogy a fogak egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek mind a külső zománcszerű rétegben, mind a belső dentinrétegben.
a zománcszerű réteg hidroxi-apatit nanokristályokból áll, amelyek úgy vannak felépítve, hogy megakadályozzák a fény szétszóródását vagy visszaverődését a fogak felületéről. A dentinréteg szintén sajátos módon van felépítve. Hiányzik belőle a dentin tubulusoknak nevezett mikroszkopikus csatorna, amely az emberek és más állatok fogainak színét adja. A tubulusok hiánya a sárkányhal fogainak átlátszóvá tételéért is felelős.
” a fogak általában nem nanostrukturáltak. Mikroszkopikus tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a dentin tubulusok. Anyag szempontjából nagyon érdekes látni, hogy a sárkányhal fogainak olyan architektúrája van, amelyet másokban nem látunk”-mondta Velasco-Hogan.
“azt is lenyűgözőnek találom, hogy alapvető hasonlóságok vannak a laboratóriumi anyagok és a természet között” – tette hozzá. “Kísérletileg tudjuk, hogy az anyag átlátszóvá tételének módja a szemcseméret csökkentése, hogy nanostrukturált legyen. Tehát érdekes párhuzam látni azt is, hogy a természet hogyan valósítja meg az átláthatóságot.”
interdiszciplináris csapatmunka
Velasco-Hogan egy interdiszciplináris kutatócsoport része volt, akik elsőként tanulmányozták a sárkányhal fogait részletesen. Velasco-Hogan leképezte a fogakat, leírta azok átlátszóságát és tanulmányozta mechanikai tulajdonságaikat. Marc Meyers, az UC San Diego Nanomérnöki és Gépészmérnöki Tanszékének professzora irányítása alatt dolgozott.
“csoportom mindig új anyagokat keres a természetben a tanulmányozáshoz” – mondta Meyers, akinek kutatása a biomimikriára összpontosít. “Az interdiszciplináris együttműködés kulcsfontosságú része a munkánknak. Amikor különböző háttérrel rendelkező tudósokat hozunk össze, olyan módon tudjuk előmozdítani a tudásunkat a szakterületünkön, amit egyetlen laboratórium nem tudna egyedül megtenni.”
együttműködtek Dimitri Deheyn-nel, a San Diego-i Scripps Oceanográfiai Intézet tengerbiológusával, aki a biolumineszcenciát és a biomimikriát kutatja. Deheyn javasolta a tanulmány ötletét, összegyűjtötte a mintákat, képalkotó kísérleteket végzett, és jellemezte a fogak átlátszóságát.
“mindig is a technológiai innováció hajtóereje volt az organizmusok által az adott környezethez mutatott tökéletes alkalmazkodás kihasználása, és ez alól a sárkányhal sem kivétel” – mondta Deheyn. “Nyilvánvalóan még mindig széles körű inspirációt gyűjthetünk a sárkányhalból és általában a természetből, és ez a biológia és a mérnöki munka közötti kapcsolat a biomimikrián keresztül egyértelműen jövedelmező út a fenntartható innovációk számára.”
a csapat részt vett Eduard Arzt, a Leibniz Institute for New Materials (INM) igazgatójának laboratóriumában is Saarbrban (Németország). Marcus Koch, aki az INM fizikai elemzésének vezetője, speciális elektronmikroszkóppal elemezte a fogak nanostruktúráját. Birgit Nothdurft, az INM fizikai elemzési részlegének technikusa, a minták rendkívül speciális előkészítését végezte.
ezt a munkát a légierő Kutatási Hivatala támogatta (fa9550-15-0009 és FA9550 támogatások-10-1-0555), a német Humboldt Alapítvány és a Biomimicry for Emerging Science and Technology kezdeményezés.