cercetătorii detaliază concluziile lor într-o lucrare publicată pe 5 iunie în revista Matter.
creaturile de adâncime au dezvoltat unele adaptări fascinante, cum ar fi bioluminescența, ochii care pot vedea în lumină scăzută și gurile care pot înghiți prada mult mai mare. Unele specii, cum ar fi dragonii de mare adâncime (Aristostomias scintillans), au dinți transparenți.
„este o adaptare care, din câte știm, nu a fost încă explorată în detaliu”, a declarat Audrey Velasco-Hogan, doctorand în știința materialelor la UC San Diego Jacobs School of Engineering și primul autor al studiului. „Studiind de ce acești dinți sunt transparenți, putem înțelege mai bine organismele de adâncime precum dragonfish și adaptările pe care le-au evoluat pentru a trăi în mediile lor.”
dinții transparenți, împreună cu un corp întunecat, fac dragonii în esență invizibili pentru prada lor, a explicat Velasco-Hogan. Din cauza acestui camuflaj, dragonii se numără printre prădătorii de top ai mării adânci, în ciuda faptului că sunt mici (măsurând aproximativ 15 centimetri lungime) și relativ lente.
„își petrec cea mai mare parte a timpului stând cu fălcile deschise, așteptând să vină ceva. Dinții lor sunt întotdeauna expuși, deci este important să fie transparenți, astfel încât să nu reflecte sau să împrăștie lumină bioluminiscentă din mediu”, a spus Velasco-Hogan.
pentru a rezolva misterele deghizării dentare a dragonfish, cercetătorii au imaginat și analizat nanostructura dinților folosind o combinație de microscopie electronică, fascicul de ioni concentrat și teste de nanoindentare. Ei au descoperit că dinții au caracteristici unice atât în stratul exterior de smalț, cât și în stratul interior de dentină.
stratul asemănător smalțului constă din nanocristale hidroxiapatite structurate într-un mod care împiedică împrăștierea sau reflectarea luminii de pe suprafața dinților. Stratul de dentină este, de asemenea, structurat în felul său particular. Îi lipsesc canalele microscopice numite tubule de dentină, care sunt cele care conferă dinților oamenilor și altor animale culoarea lor. Absența tubulilor este, de asemenea, responsabilă pentru transparentizarea dinților dragonilor.
” de obicei, dinții nu sunt nanostructurați. Și tind să aibă caracteristici la scară microscopică, cum ar fi tubulii dentinei. Din perspectiva materialelor, este foarte interesant să vedem că dinții dragonfish au arhitecturi pe care nu le vedem în altele”, a spus Velasco-Hogan.
„de asemenea, mi se pare fascinant cum există asemănări fundamentale între materialele din laborator și cele din natură”, a adăugat ea. „Experimental, știm că modul de a face un material transparent este prin reducerea dimensiunii granulelor pentru a-l face nanostructurat. Deci, pentru a vedea că este, de asemenea, modul în care natura realizează transparența este o paralelă interesantă.”
munca în echipă interdisciplinară
Velasco-Hogan a făcut parte dintr-o echipă interdisciplinară de cercetători care au fost primii care au studiat în detaliu dinții dragonilor. Velasco-Hogan a fotografiat dinții, le-a caracterizat transparența și le-a studiat proprietățile mecanice. A lucrat sub conducerea lui Marc Meyers, profesor în departamentele de Nanoinginerie și inginerie mecanică și aerospațială la UC San Diego.
„grupul meu caută mereu materiale noi în natură pentru a studia”, a spus Meyers, a cărui cercetare se concentrează pe biomimicrie. „Iar colaborările interdisciplinare sunt o parte esențială a activității noastre. Când aducem oameni de știință din medii diferite împreună, putem avansa cunoștințele în domeniile noastre în moduri pe care un singur laborator nu le-ar putea face singur.”
au colaborat cu Dimitri Deheyn, biolog marin la Scripps Institution of Oceanography de la UC San Diego, care cercetează bioluminescența și biomimicria. Deheyn a sugerat ideea studiului, a colectat specimenele, a efectuat experimente imagistice și a caracterizat transparența dinților.
„a profita de adaptarea finală a organismelor la medii specifice a fost întotdeauna un motor pentru inovația tehnologică, iar dragonfish nu face excepție de la acest lucru”, a spus Deheyn. „Există în mod clar încă o inspirație largă pentru a aduna de la dragonfish și natura în general, iar această interceptare între biologie și inginerie prin biomimicrie este în mod clar o cale profitabilă pentru inovații durabile.”
echipa a implicat, de asemenea, laboratorul lui Eduard Arzt, Director al Institutului Leibniz pentru materiale noi (INM) din Saarbr. Marcus Koch, care este șeful analizei fizice la INM, a analizat nanostructura dinților cu un microscop electronic specializat. Birgit Nothdurft, tehnician în Divizia de analiză fizică la INM, a efectuat o pregătire extrem de specializată a specimenelor.
această lucrare a fost susținută de Biroul de Cercetare al Forțelor Aeriene (granturi FA9550-15 – 0009 și FA9550-10-1-0555), Fundația Germană Humboldt și inițiativa Biomimicry for Emerging Science and Technology.