. Дубна: 3 oC
Дата 29.03.2024
rss telegram vk ok
Хитиновые зубы муравья только на вид мягкие, а на поверку - металлические. Фото Robert Schofield/University of Oregon.

Муравей больно кусается, потому что зубы у него с металлом, выяснили американские ученые.

По словам исследователей из Орегонского университета и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США (PNNL), металлическую прочность зубам насекомых придают равномерно распределенные в зубной ткани муравьев атомы цинка.

Муравьи, термиты и другие мелкие членистоногие обладают замечательной способностью не только больно кусаться, но и грызть древесину и множество других материалов. Это удивительно для насекомых, самые крепкие части которых даже не костяные, а только хитиновые.

Челюсти насекомых состоят из комбинации белков и полисахаридного полимера хитина, который сшивается водородными связями с образованием хитиновых микрофибрилл. Хитин твердый, и при смешивании с другими материалами, такими как карбонат кальция, образует еще более твердые материалы, например, в панцирях омаров и крабов.

При включении всего восьми процентов цинка в свою структуру хитин так твердеет, что способен создавать очень острые структуры. Именно такие структуры делают зубы муравья чрезвычайно прочными.

Под руководством Роберта Шофилда (Robert Schofield) из Университета Орегона группа биофизиков измеряла твердость, эластичность, энергию разрушения, сопротивление истиранию и ударопрочность зубов муравьев и других органов этих насекомых, чтобы узнать больше о том, как они работают и воспроизвести их в более крупном размере.

Для этого исследователи применили атомно-зондовую томографию. Такой метод изучения материала заключается в последовательном лазерном испарении слоев его атомов, что позволяет исследовать не только поверхность, но и структуру материала. Затем на основании полученной таким способом информации об атомной структуре материала компьютерным 3D-моделированием восстанавливается трехмерная структура материала.  

С помощью атомно-зондовой томографии ученым удалось составить карту атомов, составляющих зуб муравья. На этой карте видно, что в структуре зубе муравья атомы цинка были распределены равномерно, а не собраны в наноразмерные узелки, как предполагали исследователи. Такая структура позволяет зубам быть намного прочнее и острее, поэтому муравей может протыкать материалы, используя менее 60 % усилия, которое потребовалось бы ему в случае костяных зубов, подобных человеческим. 

Эта поразительная эффективность хитиновых стурктур может объяснить, почему далекие родственники муравьев – членистоногие, ракообразные, черви и другие существа – развили хитиновые челюсти и другие хитиновые инструменты.

«Люди также могут извлечь уроки из этого биологического трюка, – говорит Шофилд. – Например, твердость зубов муравьев увеличивается от твердости пластика до твердости алюминия, когда добавляется цинк. Хотя существуют гораздо более твердые инженерные материалы, они часто более хрупкие».

Статья об этом исследовании опубликована журналом Scientific Reports.

Фото Robert Schofield/University of Oregon.

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить