Новое исследование показывает, что муравьи, черви, пауки и другие крошечные существа имеют встроенный набор инструментов, которому позавидовал бы любой плотник или хирург.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Journal Scientific Reports, впервые показывает, как отдельные атомы цинка расположены таким образом, чтобы максимально увеличить эффективность резки и сохранить остроту этих изящно сконструированных крошечных инструментов для животных. Сотрудничество между исследовательской группой из Университета Орегона и Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL) Министерства энергетики США (DOE) выявило природное решение, позволяющее крошечным существам относительно легко резать и колоть.
Рассмотрим зуб муравья. Эти специализированные структуры, технически называемые «нижнечелюстные зубы», потому что они прикреплены за пределами их рта, состоят из сети материала, которая плотно связывает отдельные атомы цинка. Общий эффект — нижняя челюсть, которая содержит цинк более 8 процентов веса зуба.
Такие специализированные инструменты для создания существ на протяжении десятилетий привлекали внимание доцента Университета Орегона Роберта Шофилда, который руководил этим исследованием. Его команда биофизиков разработала методы измерения твердости, эластичности, энергии разрушения, сопротивления истиранию и ударопрочности в миниатюрном масштабе.
Но они не могли на самом деле увидеть структуру материалов, из которых состоят зубы муравьев и другие микроскопические инструменты животных, особенно в атомном масштабе. Именно здесь на сцену вышли материаловед из PNNL Арун Деварадж и докторант Сяоюэ Ван. Деварадж является экспертом в использовании специальной микроскопической техники, называемой атомно-зондовой томографией. Он использовал сфокусированный ионно-лучевой микроскоп, чтобы взять образец крошечной иглы с кончика зуба муравья, а затем визуализировал этот образец иглы с помощью атомно-зондовой томографии, что позволило команде определить, как отдельные атомы расположены рядом с кончиком зуба муравья.
Используя эту технику, Деварадж и Ван впервые зафиксировали наноразмерное распределение атомов цинка в зубе муравья.
«Мы могли видеть, что цинк равномерно распределен в зубе, что было неожиданностью», — сказал Деварадж. «Мы ожидали, что цинк будет сгруппирован в нано-конкреции».
«Инженеры-люди также могут извлечь уроки из этого биологического трюка», — сказал Шофилд. «Например, твердость зубов муравьев увеличивается с твердости пластика до твердости алюминия при добавлении цинка. Хотя существуют гораздо более твердые конструкционные материалы, они часто более хрупкие».
Источник — Astera.