O echipă de cercetători de gheață de la Universitatea din California, San Diego, au descoperit ce este responsabil pentru a face dinții transparenței din adâncul mării. Această adaptare unică, care ajută la camuflarea peștelui dragon de la prada lor, rezultă din dinții lor având o nanostructură neobișnuit de cristalină amestecată cu regiuni amorfe. Constatările ar putea oferi „bioinspirație” cercetătorilor care doresc să dezvolte ceramică transparentă.

ceea

Cercetătorii își detaliază descoperirile într-o lucrare publicată pe 5 iunie în revista Matter.

Creaturile din adâncuri au dezvoltat unele adaptări fascinante, cum ar fi bioluminiscența, ochii care pot vedea în lumină slabă și gurile care pot înghiți prada mult mai mare. Unele specii, cum ar fi peștele dragon de mare adâncime (Aristostomias scintillans), au dinți transparenți.

„Este o adaptare care, după cunoștințele noastre, nu a fost încă explorată în detaliu”, a declarat Audrey Velasco-Hogan, doctorand în știința materialelor la Școala de Inginerie UC San Diego Jacobs și primul autor al studiului. „Studiind de ce acești dinți sunt transparenți, putem înțelege mai bine organismele din adâncuri, cum ar fi pește-dragon și adaptările pe care le-au evoluat pentru a trăi în mediul lor.”

Dinții transparenți, împreună cu un corp întunecat, fac peștele dragon în esență invizibil pentru prada lor, a explicat Velasco-Hogan. Datorită acestui camuflaj, peștele-dragon se numără printre prădătorii de top ai mării adânci, în ciuda faptului că este mic (măsoară aproximativ 15 centimetri lungime) și relativ lent.

"Își petrec cea mai mare parte a timpului stând cu fălcile deschise, așteptând să treacă ceva. Dinții lor sunt întotdeauna expuși, deci este important să fie transparenți, astfel încât să nu reflecte sau să împrăștie niciun fel de lumină bioluminiscentă din mediul înconjurător". A spus Velasco-Hogan.

Pentru a rezolva misterele deghizării dentare a pescarului-balaur, cercetătorii au imaginat și analizat nanostructura dinților folosind o combinație de microscopie electronică, fascicul de ioni focalizați și teste de nanoindentare. Au descoperit că dinții au caracteristici unice atât în ​​stratul lor exterior asemănător smalțului, cât și în stratul interior de dentină.

Stratul asemănător smalțului este format din nanocristale de hidroxiapatită structurate într-un mod care împiedică împrăștierea sau reflectarea luminii de pe suprafața dinților. Stratul de dentină este, de asemenea, structurat în mod propriu. Îi lipsesc canalele microscopice numite tubuli dentinici, care dau culoarea dinților oamenilor și a altor animale. Absența tubulilor este, de asemenea, responsabilă pentru transformarea dinților de pește-dragon.

"De obicei, dinții nu sunt nanostructurați. Și au tendința de a avea caracteristici la scară microscopică, cum ar fi tubulii dentinici. Din punct de vedere al materialelor, este cu adevărat interesant să vedem că dinții peștii dragonului au arhitecți pe care nu îi vedem la alții", a spus Velasco-Hogan.

„De asemenea, mi se pare fascinant cum există similitudini fundamentale între materialele din laborator și cele din natură”, a adăugat ea. „Experimental, știm că modalitatea de a face un material transparent este prin reducerea mărimii granulelor sale pentru a-l face nanostructurat. Deci, a vedea cum și natura realizează transparența este o paralelă interesantă.”

Lucrul în echipă interdisciplinar

Velasco-Hogan a făcut parte dintr-o echipă interdisciplinară de cercetători care au fost primii care au studiat în detaliu dinții de pește-dragon. Velasco-Hogan a imaginat 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 de la UC San Diego.

„Grupul meu caută mereu materiale noi în natură de studiat”, a spus Meyers, a cărui cercetare se concentrează pe biomimicie. "Și colaborările interdisciplinare sunt o parte esențială a muncii noastre. Când aducem oameni de știință din medii diferite, putem avansa cunoștințele din domeniile noastre în moduri pe care un singur laborator nu le-ar putea face singur."

Au colaborat cu Dimitri Deheyn, un biolog marin la Institutul de Oceanografie Scripps de la UC San Diego, care a cercetat bioluminiscența și biomimicria. Deheyn a sugerat ideea pentru studiu, a colectat specimenele, a efectuat experimente imagistice și a caracterizat transparența dinților.

„Profitarea de adaptarea finală a organismelor la medii specifice a fost întotdeauna un motor pentru inovația tehnologică, iar peștii-dragon nu fac excepție de la acest lucru”, a spus Deheyn. "Există, în mod clar, încă o inspirație largă de adunat de la dragonfish și natură în general, iar această interceptare între biologie și inginerie prin biomimicry 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 Saarbrücken, Germania. 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 foarte specializată a exemplarelor.

Această lucrare a fost susținută de Biroul de Cercetare al Forțelor Aeriene (subvenții FA9550-15-0009 și FA9550-10-1-0555), Fundația Germană Humboldt și Inițiativa Biomimicry for Emerging Science and Technology.