forskare beskriver sina resultat i ett papper som publicerades den 5 juni i tidskriften Matter.
djuphavsdjur har utvecklat några fascinerande anpassningar som bioluminescens, ögon som kan se i svagt ljus och munnar som kan uppsluka mycket större byte. Vissa arter, som djuphavsdrakfisken (Aristostomias scintillans), har transparenta tänder.
” det är en anpassning som enligt vår kunskap ännu inte har utforskats i detalj”, säger Audrey Velasco-Hogan, en materialvetenskaplig doktorand vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och första författare till studien. ”Genom att studera varför dessa tänder är transparenta kan vi bättre förstå djuphavsorganismer som dragonfish och de anpassningar de utvecklats för att leva i sina miljöer.”
genomskinliga tänder, tillsammans med en mörk kropp, gör dragonfishen väsentligen osynlig för sitt byte, förklarade Velasco-Hogan. På grund av denna kamouflage är dragonfish bland Djuphavets bästa rovdjur trots att de är små (mäter cirka 15 centimeter långa) och relativt långsamma.
” de tillbringar större delen av sin tid med att sitta med käftarna öppna och vänta på att något ska komma. Deras tänder är alltid utsatta, så det är viktigt att de är transparenta så att de inte reflekterar eller sprider något bioluminescerande ljus från miljön,” sa Velasco-Hogan.
för att lösa mysterierna i dragonfishs tandförklädnad avbildade och analyserade forskare nanostrukturen hos tänderna med hjälp av en kombination av elektronmikroskopi, fokuserad jonstråle och nanoindentationstester. De upptäckte att tänderna har unika egenskaper både i deras yttre emaljliknande lager och inre dentinlager.
det emaljliknande skiktet består av hydroxiapatit nanokristaller strukturerade på ett sätt som förhindrar att ljus sprids eller reflekteras från tänderna. Dentinskiktet är också strukturerat på sitt eget speciella sätt. Det saknar mikroskopiska kanaler som kallas dentinrör, vilket är det som ger tänderna hos människor och andra djur sin färg. Frånvaron av tubuler är också ansvarig för att göra dragonfish-tänder transparenta.
” vanligtvis är tänderna inte nanostrukturerade. Och de tenderar att ha mikroskalfunktioner som dentinrör. Ur ett materialperspektiv är det väldigt intressant att se att dragonfish-tänder har arkitekturer som vi inte ser i andra,” sa Velasco-Hogan.
” jag tycker också att det är fascinerande hur det finns grundläggande likheter mellan material i labbet och i naturen,” tillade hon. ”Experimentellt vet vi att sättet att göra ett material transparent är genom att minska sin kornstorlek för att göra den nanostrukturerad. Så att se det är också hur naturen åstadkommer öppenhet är en intressant parallell.”
tvärvetenskapligt lagarbete
Velasco-Hogan var en del av ett tvärvetenskapligt team av forskare som var de första som studerade dragonfish-tänderna i detalj. Velasco-Hogan avbildade tänderna, kännetecknade deras transparens och studerade deras mekaniska egenskaper. Hon arbetade under ledning av Marc Meyers, professor i avdelningarna för NanoEngineering och mekanisk och flygteknik vid UC San Diego.
”min grupp letar alltid efter nya material i naturen att studera”, säger Meyers, vars forskning fokuserar på biomimikri. ”Och tvärvetenskapliga samarbeten är en viktig del av vårt arbete. När vi samlar forskare från olika bakgrunder kan vi främja kunskapen inom våra områden på sätt som ett enda laboratorium inte kunde göra ensam.”
de samarbetade med Dimitri Deheyn, en marinbiolog vid Scripps Institution of Oceanography vid UC San Diego som forskar om bioluminescens och biomimikri. Deheyn föreslog tanken på studien, samlade proverna, utförde avbildningsexperiment och kännetecknade tändernas transparens.
” att utnyttja de ultimata anpassningsorganismerna till specifika miljöer har alltid varit en drivkraft för teknisk innovation, och dragonfish är inget undantag från detta”, säger Deheyn. ”Det finns tydligt fortfarande bred inspiration att samla från dragonfish och naturen i allmänhet, och denna avlyssning mellan biologi och teknik genom biomimikri är helt klart en lukrativ väg för hållbara innovationer.”
teamet involverade också labbet för Eduard Arzt, chef för Leibniz Institute for New Materials (INM) i Saarbr Brasilicken, Tyskland. Marcus Koch, som är chef för fysisk analys vid INM, analyserade tändernas nanostruktur med ett specialiserat elektronmikroskop. Birgit Nothdurft, en tekniker inom avdelningen för fysisk analys vid INM, utförde en högspecialiserad förberedelse av proverna.
detta arbete stöddes av Air Force Office of Research (bidrag FA9550-15-0009 och FA9550-10-1-0555), den tyska Humboldt-stiftelsen och Biomimicry for Emerging Science and Technology Initiative.