Forskere beskriver sine funn i et papir publisert 5. juni i tidsskriftet Matter.
deep-sea skapninger har utviklet noen fascinerende tilpasninger som bioluminescens, øyne som kan se i svakt lys, og munn som kan sluke mye større byttedyr. Noen arter, som dyphavet dragonfish (Aristostomias scintillans), har gjennomsiktige tenner.
» Det er en tilpasning som, etter vår kunnskap, ennå ikke er utforsket i detalj,» Sa Audrey Velasco-Hogan, en doktorgradsstudent ved Uc San Diego Jacobs School Of Engineering og første forfatter av studien. «Ved å studere hvorfor disse tennene er gjennomsiktige, kan vi bedre forstå dyphavsorganismer som dragonfish og tilpasningene de utviklet for å leve i sine omgivelser.»
Gjennomsiktige tenner, sammen med en mørk kropp, gjør dragonfish i det vesentlige usynlig for byttet sitt, forklarte Velasco-Hogan. På grunn av denne kamuflasjen er dragonfish blant de beste rovdyrene i dyphavet til tross for at de er små (måler ca 15 centimeter lange) og relativt sakte.
» de tilbringer mesteparten av tiden med å sitte med åpne kjever og vente på at noe skal komme forbi. Tennene deres er alltid utsatt, så det er viktig at de er gjennomsiktige slik at de ikke reflekterer eller sprer noe bioluminescerende lys fra miljøet, » Sa Velasco-Hogan.
for å løse mysteriene i dragonfish dental forkledning, forskere avbildet og analysert nanostruktur av tennene ved hjelp av en kombinasjon av elektronmikroskopi, fokusert ion stråle og nanoindentation tester. De oppdaget at tennene har unike egenskaper både i deres ytre emaljelignende lag og indre dentinlag.
det emaljelignende laget består av hydroksyapatitt nanokrystaller strukturert på en måte som hindrer lys fra spredning eller reflekterer av overflaten av tennene. Dentinlaget er også strukturert på sin egen spesielle måte. Det mangler mikroskopiske kanaler kalt dentin tubuli, som er det som gir tennene til mennesker og andre dyr sin farge. Fraværet av tubuli er også ansvarlig for å gjøre dragonfish tenner gjennomsiktige.
» tennene er vanligvis ikke nanostrukturerte. Og de har en tendens til å ha mikroskala funksjoner som dentin tubuli. Fra et materialperspektiv er det veldig interessant å se at dragonfish-tenner har arkitekturer som vi ikke ser i andre, » Sa Velasco-Hogan.
» jeg synes også det er fascinerende hvordan det er grunnleggende likheter mellom materialer i laboratoriet og i naturen,» la hun til. «Eksperimentelt vet vi at måten å gjøre et materiale gjennomsiktig er ved å redusere kornstørrelsen for å gjøre det nanostrukturert. Så for å se det er også hvordan naturen oppnår åpenhet en interessant parallell.»
Tverrfaglig teamarbeid
Velasco-Hogan var en del Av et tverrfaglig team av forskere som var de første til å studere dragonfish tennene i detalj. Velasco-Hogan avbildet tennene, preget deres gjennomsiktighet og studerte deres mekaniske egenskaper. Hun jobbet under Ledelse Av Marc Meyers, professor I Avdelingene For NanoEngineering Og Mekanisk Og Romfartsteknikk VED Uc San Diego.
«min gruppe er alltid på utkikk etter nye materialer i naturen for å studere,» Sa Meyers, hvis forskning fokuserer på biomimikk. «Og tverrfaglig samarbeid er en viktig del av vårt arbeid . Når vi bringer forskere fra forskjellige bakgrunner sammen, kan vi fremme kunnskapen på våre felt på måter som et enkelt laboratorium ikke kunne gjøre alene.»
de samarbeidet Med Dimitri Deheyn, en marinbiolog Ved Scripps Institution Of Oceanography ved UC San Diego som forsker på bioluminescens og biomimikk. Deheyn foreslo ideen til studien, samlet prøvene, gjennomførte bildeforsøk og preget gjennomsiktigheten av tennene.
«Å dra nytte av de ultimate tilpasningsorganismer viser til bestemte miljøer har alltid vært en driver for teknologisk innovasjon, og dragonfish er ikke noe unntak fra dette,» Sa Deheyn. «Det er tydelig fortsatt bred inspirasjon å samle fra dragonfish og natur generelt, og denne avskjæringen mellom biologi og ingeniørfag gjennom biomimikk er tydelig en lukrativ vei for bærekraftige innovasjoner.»
teamet involverte også laboratoriet Til Eduard Arzt, Direktør For Leibniz Institute For New Materials (INM) I Saarbrü, Tyskland. Marcus Koch, Som Er Leder For Fysisk Analyse VED INM, analyserte nanostrukturen av tennene med et spesialisert elektronmikroskop. Birgit Nothdurft, en tekniker I Divisjonen For Fysisk Analyse VED INM, utførte en høyt spesialisert forberedelse av prøvene.
dette arbeidet ble støttet Av Air Force Office Of Research (tilskudd FA9550-15-0009 OG FA9550-10-1-0555), den tyske Humboldt Foundation, Og Biomimicry For Emerging Science And Technology Initiative.