研究者らは、6月5日に雑誌Matterに掲載された論文でその調査結果を詳述しています。
深海の生物は、生物発光、低光の中で見ることができる目、はるかに大きな獲物を飲み込むことができる口など、いくつかの魅力的な適応を進化させ 深海のドラゴンフィッシュ（Aristostomias scintillans）のようないくつかの種は、透明な歯を持っています。UC San Diego Jacobs School of Engineeringの材料科学博士課程の学生であり、この研究の最初の著者であるAudrey Velasco-Hoganは、「これは、私たちの知る限りでは、まだ詳細に検討されていない適応 「これらの歯が透明である理由を研究することで、ドラゴンフィッシュのような深海生物と、彼らがその環境に住むように進化した適応をよりよく理”
透明な歯は、暗い体と一緒に、ドラゴンフィッシュを本質的に獲物に見えないようにする、とVelasco-Hoganは説明した。 このカモフラージュのために、ドラゴンフィッシュは小さく（約15センチメートルの長さを測定する）、比較的遅いにもかかわらず、深海のトップ捕食者の一人である。
“彼らはほとんどの時間を顎を開いて座って何かが来るのを待っています。 彼らの歯は常に露出しているので、環境からの生物発光光を反射したり散乱したりしないように透明であることが重要です”とVelasco-Hoganは言いました。
ドラゴンフィッシュの歯の変装の謎を解決するために、研究者は電子顕微鏡、集束イオンビーム、ナノインデンテーション試験の組み合わせを用いて歯のナノ構造をイメージングし、分析した。 彼らは、歯が外側のエナメル質様層と内側の象牙質層の両方に独特の特徴を有することを発見した。
エナメル質のような層は、光が歯の表面から散乱または反射するのを防ぐ方法で構造化されたハイドロキシアパタイトナノ結晶で構成されています。 象牙質の層はまた自身の特定の方法で構成されます。 これは、人間や他の動物の歯に色を与えるものである象牙質細管と呼ばれる微視的なチャネルを欠いています。 尿細管の欠如は、ドラゴン魚の歯を透明にする原因でもあります。
“通常、歯はナノ構造ではありません。 そしてそれらは象牙質の細管のようなmicroscaleの特徴を有しがちである。 材料の観点から、dragonfishの歯が他のものでは見られないアーキテクチャを持っていることを見るのは本当に面白いです」とVelasco-Hogan氏は述べています。
「研究室の材料と自然界の材料の間に基本的な類似点があることも魅力的です」と彼女は付け加えました。 「実験的には、材料を透明にする方法は、結晶粒径を小さくしてナノ構造にすることであることがわかっています。 だから、それは自然が透明性を達成している方法でもあることを確認することは興味深い平行です。”
学際的なチームワーク
Velasco-Hoganは、ドラゴンフィッシュの歯を詳細に研究した最初の研究者の学際的なチームの一員でした。 Velasco-Hoganは歯をイメージ化し、透明性を特徴づけ、機械的性質を研究した。 彼女は、Ucサンディエゴのナノエンジニアリングと機械および航空宇宙工学の部門の教授であるMarc Meyersの指導の下で働いていました。
“私のグループは、常に研究するために自然界の新しい材料を探しています”と、その研究はバイオミミクリーに焦点を当ててマイヤーズは述べています。 “そして、学際的なコラボレーションは、私たちの仕事の重要な部分です。 異なる背景の科学者を一緒に連れて行くと、単一の研究室では一人ではできない方法で私たちの分野の知識を進めることができます。”
彼らは、生物発光とバイオミミクリーを研究するUCサンディエゴのScripps Institution of Oceanographyの海洋生物学者であるDimitri Deheynと協力しました。 Deheynはこの研究のアイデアを提案し、標本を収集し、イメージング実験を行い、歯の透明性を特徴づけた。
「生物が特定の環境に示す究極の適応を利用することは、常に技術革新の原動力となっており、ドラゴンフィッシュも例外ではありません」とDeheynは言 “ドラゴンフィッシュと自然全般から収集するための広範なインスピレーションは明らかにまだあり、バイオミミクリーを通じて生物学と工学の間のこの切片は、持続可能なイノベーションのための有利な道であることは明らかです。”
チームはまた、ドイツのザールブリュッケンにあるライプニッツ新材料研究所（INM）のディレクターであるEduard Arztの研究室も関与していました。 INMの物理分析の責任者であるMarcus Kochは、特殊な電子顕微鏡で歯のナノ構造を分析しました。 INMの物理分析部門の技術者であるBirgit Nothdurftは、標本の高度に専門化された準備を行いました。
この研究は空軍研究局（助成金FA9550-15-0009およびFA9550）によって支援されました-10-1-0555）、ドイツのフンボルト財団、および新興科学技術イニシアチブのためのバイオミミクリー。