naukowcy szczegółowo opisują swoje odkrycia w artykule opublikowanym 5 czerwca w czasopiśmie Matter.
stworzenia głębinowe wyewoluowały kilka fascynujących adaptacji, takich jak bioluminescencja, Oczy, które widzą w słabym świetle, i usta, które mogą pochłonąć znacznie większą ofiarę. Niektóre gatunki, takie jak smocznica głębinowa (Aristostomias scintillans), mają przezroczyste zęby.
„jest to adaptacja, która według naszej wiedzy nie została jeszcze szczegółowo zbadana”, powiedziała Audrey Velasco-Hogan, doktorantka Nauk o materiałach w UC San Diego Jacobs School of Engineering i pierwsza autorka badania. „Badając, dlaczego te zęby są przezroczyste, możemy lepiej zrozumieć organizmy głębinowe, takie jak smocznica, i adaptacje, które wyewoluowały do życia w swoich środowiskach.”
przezroczyste zęby wraz z ciemnym ciałem sprawiają, że smoczyca jest zasadniczo niewidoczna dla ofiary, wyjaśnia Velasco-Hogan. Ze względu na ten kamuflaż, dragonfish są jednymi z największych drapieżników głębinowych, mimo że są małe (mierzące około 15 centymetrów długości) i stosunkowo powolne.
” większość czasu spędzają siedząc z otwartymi szczękami, czekając na coś, co przyjdzie. Ich zęby są zawsze odsłonięte, dlatego ważne jest, aby były przezroczyste, aby nie odbijały ani nie rozpraszały żadnego światła bioluminescencyjnego z otoczenia”-mówi Velasco-Hogan.
aby rozwiązać zagadki kamuflażu dentystycznego Smoczej ryby, naukowcy sfotografowali i przeanalizowali nanostrukturę zębów za pomocą kombinacji mikroskopii elektronowej, zogniskowanej wiązki jonów i testów nanoindentacyjnych. Odkryli, że zęby mają unikalne cechy zarówno w zewnętrznej warstwie szkliwa, jak i wewnętrznej warstwie zębiny.
warstwa szkliwa składa się z nanokryształów hydroksyapatytu, skonstruowanych w taki sposób, aby zapobiec rozpraszaniu lub odbijaniu światła od powierzchni zębów. Warstwa zębiny jest również skonstruowana w swój szczególny sposób. Brakuje w nim mikroskopijnych kanałów zwanych kanalikami zębinowymi, które nadają zębom ludzi i innych zwierząt ich kolor. Brak kanalików jest również odpowiedzialny za to, aby zęby smoczych ryb były przezroczyste.
„zazwyczaj zęby nie są nanostrukturalne. Mają cechy mikroskopowe, takie jak kanaliki zębinowe. Z materialnego punktu widzenia bardzo interesujące jest to, że zęby smoczych ryb mają architekturę, której nie widzimy u innych ” -powiedział Velasco-Hogan.
„fascynujące jest również to, że istnieją fundamentalne podobieństwa między materiałami w laboratorium i w naturze” – dodała. „Doświadczalnie wiemy, że sposobem na przeźroczystość materiału jest zmniejszenie jego wielkości ziarna w celu uzyskania nanostruktury. Tak więc, aby zobaczyć, w jaki sposób natura osiąga przejrzystość, jest to interesująca paralela.”
interdyscyplinarna praca zespołowa
Velasco-Hogan był częścią interdyscyplinarnego zespołu naukowców, którzy jako pierwsi szczegółowo zbadali zęby smoków. Velasco-Hogan zobrazował zęby, scharakteryzował ich przezroczystość i badał ich właściwości mechaniczne. Pracowała pod kierunkiem marca Meyersa, profesora na wydziałach Nanoinżynierii oraz Inżynierii Mechanicznej i Lotniczej na UC San Diego.
„Moja grupa zawsze szuka nowych materiałów w przyrodzie do badania”, powiedział Meyers, którego badania koncentrują się na biomimice. „Współpraca interdyscyplinarna to kluczowa część naszej pracy. Kiedy łączymy naukowców z różnych środowisk, możemy rozwijać wiedzę w naszych dziedzinach w sposób, którego pojedyncze laboratorium nie mogłoby zrobić w pojedynkę.”
współpracowali z Dimitri Deheyn, biologiem morskim w Scripps Institution of Oceanography na UC San Diego, który bada bioluminescencję i biomimikrę. Deheyn zasugerował pomysł badania, zebrał próbki, przeprowadził eksperymenty obrazowe i scharakteryzował przezroczystość zębów.
„wykorzystanie ostatecznych organizmów adaptacyjnych do określonych środowisk zawsze było motorem innowacji technologicznych, a smocznica nie jest wyjątkiem”, powiedział Deheyn. „Oczywiście nadal można czerpać szeroką inspirację z ryb smoczych i natury w ogóle, a ta intercepcja między biologią a inżynierią za pomocą biomimikry jest wyraźnie lukratywną ścieżką dla zrównoważonych innowacji.”
zespół zaangażował również laboratorium Eduarda Arzta, Dyrektora Instytutu nowych materiałów Leibniza (INM) w Saarbrücken w Niemczech. Marcus Koch, który jest szefem analityki fizycznej w INM, przeanalizował nanostrukturę zębów za pomocą specjalistycznego mikroskopu elektronowego. Birgit Nothdurft, technik w dziale analizy fizycznej w INM, wykonała wysoce wyspecjalizowane Przygotowanie próbek.
prace te zostały wsparte przez Air Force Office of Research (granty FA9550-15-0009 i FA9550-10-1-0555), Niemieckiej Fundacji Humboldta oraz inicjatywy Biomimicry for Emerging Science and Technology.