Ученым удалось раскрыть секрет сверхпрочного материала, из которого состоят «инструменты» некоторых беспозвоночных
Многие известные изобретатели были внимательными наблюдателями, что позволило им подсмотреть многие идеи у природы, которая вдохновляет ученых на открытия и по сей день. Так физик Роберт Шофилд обратил внимание, что многие беспозвоночные, несмотря на свои крошечные размеры, обладают весьма прочными “инструментами”. К примеру, чтобы клещу впиться в животное, ему необходимо проткнуть толстую, покрытую шерстью кожу. Муравьям-листорезам приходится прогрызать жесткие тропические листья, а пятнистые фонарницы вообще разгрызают кору деревьев, чтобы добраться до сока, и такие примеры можно приводить долго. Роберта Шофилда стал интересовать вопрос — что за материал такой, который выдерживает колоссальные нагрузки и остается невредимым? Ученые давно знали, что он содержит тяжелые металлы, такие как цинк, медь и марганец. В некоторых частях тела отдельных беспозвоночных содержание тяжелых металлов достигает 20% от массы. При этом ученые понятия не имели, как эти металлы связаны с белками. Занимаясь данным вопросом Роберт Шофилд со своей командой исследователей смог найти ответ. Для этого ему пришлось изучать белки и металлы на молекулярном уровне. Как оказалось, “инструменты” беспозвоночных состоят из уникального прочного композитного материала, который ученые впоследствии назвали биоматериалом тяжелых элементов.
В чем секрет природного материала беспозвоночных
Чтобы раскрыть секрет прочности отдельных частей тела беспозвоночных, Шофилд и его коллеги из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории штата Орегон изучали тела муравьев, пауков, скорпионов, моллюсков и одного из видов морских червей. Команда создала миниатюрные зонды, которые позволяли проверить механические свойства материалов, рассекая их атом за атомом.
Они обнаружили, что тяжелые металлы, такие как цинк и марганец, были равномерно распределены по всей части тела беспозвоночного, в отличие от вещества в костях и других биоминералах. При этом атомы металлов буквально вплетены в белки. Это обеспечивает высокую прочность, долговечность и износостойкость материала. Кроме того, подобная атомная структура позволяет частям тела быть более острой и устойчивый к износу.
Прочные и острые «инструменты» беспозвоночных позволяют им экономить энергию
Благодаря этому материал обеспечивает экономию энергии существам. К примеру, муравей использует на 60 процентов меньше энергии, чтобы прорезать листья, чем если бы у него не было такой атомной структуры. Подробнее о результатах исследований ученые рассказали в своей статье, которая вышла в журнале Scientific Reports .
Тем не менее у Шофилда все еще осталось много вопросов, например, эволюционировали ли эти природные твердые материалы один или несколько раз в разных группах беспозвоночных, от ракообразных до многоножек.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал , на котором мы регулярно рассказываем о самых захватывающих исследованиях ученых.
Материал беспозвоночных более прочный, чем кости
Как мы знаем, у животных тоже имеется свой способ формирования выносливого и прочного природного материала. Этот широко распространенный процесс, известный как биоминерализация. Он происходит, когда белки в организме животного обертываются вокруг крупных минеральных кристаллов, например, в костях или некоторых морских ракушках. Поэтому кость представляет собой мощную смесь минералов (в основном карбоната кальция) и белков, которые придают скелету животного необходимую гибкость, растягиваются и сжимаются, намного превосходя по своим свойствам любой минерал сам по себе.
Наши кости выполнены из биоминералов — комбинации белков и карбоната кальция
Но биоминерализация имеет свои недостатки. К примеру, из этого материала невозможно получить достаточно острый инструмент. Как говорит Шофилд, это все равно, что пытаться сделать нож из кирпича. Кроме того, биоминералы гораздо более хрупкие, чем биоматериалы тяжелых элементов.
Поэтому биоминералы не подходят для многих беспозвоночных. Им требуются более надежные и износостойкие части тела. К примеру, разбитое жало скорпиона стало бы для него смертным приговором. Поэтому эволюция нашла для них более подходящий материал.
Материалы с такой же атомарной структурой, как у насекомых и паукообразных открывает новые перспективы перед инженерами
Какой потенциал имеет самый прочный материал беспозвоночных
Как говорят сами исследователи, тяжелые биоматериалы могут вдохновить инженеров на создание новых продуктов. Перед ними всегда стоит задача снизить вес, обеспечить компактность и высокую прочность тех или иных изделий. Материал с таким же атомным расположением белков и тяжелых металлов может привести к получению изделий, которые будут более легкими, прочными и устойчивыми к повседневному использованию.
Больше материалов о современных технологиях, которые небыли опубликованы на сайте, вы найдете на нашем Яндекс.Дзен-канале
В первую очередь это касается всевозможных инструментов. Однако материалы, по мнению исследователей, найдется применения во многих других отраслях промышленности. К примеру, его можно использовать для до корпусов мобильных телефонов или аксессуаров для них. Также материал наверняка найдет широкое применение в медицине. Напоследок отмечу, что это не единственный сверхпрочный материал, открытый за последнее время. Недавно ученым удалось добиться потрясающих результатов, немного усовершенствовав структуру волокон целлюлозы .
Batafsil | Подробно | Read more... Hi News
Related News
Top News
-
Qozog‘istonda ichida O‘zbekiston fuqarolari bo‘lgan avtomobil yonib ketdi.
Ikki kishi shifoxonaga yotqizilgan..
-
Qashqadaryoda 350 ming xonadonning chiqindidan asossiz qarzdorligi bo‘yicha to‘lovlari qayta hisoblandi.
Qashqadaryoda yilning birinchi choragida 351 mingdan ortiq xonadondan chiqindi tashish bo‘yicha ko‘rsatilmagan xizmatlar uchun 15 mlrd so‘mdan...
-
Shimoliy Osetiyaga birinchi marta dronlar hujum qildi.
Shimoliy Osetiya rasmiylariga ko‘ra, dronlar Ukraina yo‘nalishidan kelgan. Dronlarning nishoni Mozdokdagi harbiy aerodrom bo‘lgan..
-
Yaxshi daromad, xalqaro kompaniyada ish, ilmda yutuqlar – maktabni bitirmay turib 17 yoshli qiz bularga qanday erishdi?.
Ozoda Mo‘minova bu yil 11-sinfni bitirdi. U yosh bo‘lishiga qaramay, xalqaro kompaniyada loyiha menejeri bo‘lib ishlaydi. Shu paytgacha AyTi va ilm...
-
O‘zbekistonda 10 iyun kuni qanday ob-havo kutilayotgani ma’lum qilindi.
Janubiy hududlarda havo harorati 41 darajagacha ko‘tariladi..
-
Франция терма жамоаси Евро-2024 учун якуний таркибни эълон қилди
Франция терма жамоаси матбуот хизмати расмий сайтида 2024 йилги Европа чемпионати учун терма жамоанинг якуний таркибини эълон қилди.