به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از اردبیل؛ یک تیم تحقیقاتی بین المللی با مشارکت موسسه Paul Scherrer PSI رازی را در مورد پوسته حیوانات دریایی فاش کرد: محققان رمزگشایی کردند که چرا پوشش محافظ بازوی پا Discinisca tenuis در آب بسیار نرم می شود و دوباره در هوا سفت می شود. این مطالعه امروز در مجله Nature Communications منتشر شده است.

brachiopod Discinisca tenuis در سواحل غربی آفریقا زندگی می کند. دارای پوسته ای غنی از مواد معدنی است که از آن در برابر تأثیرات مضر محیطی محافظت می کند. استحمام پوسته در آب منجر به تغییر ساختاری مواد می شود: پوسته صاف و سخت آنقدر انعطاف پذیر می شود که حتی می توان آن را بدون شکستن تا کرد. با استفاده از منبع نور سوئیس SLS ، محققان دقیقاً چگونگی این تحول را رمزگشایی کرده اند.

این پدیده چند سال پیش توسط فابیو نودلمن ، شیمی دان مواد در دانشکده شیمی دانشگاه ادینبورگ در اسکاتلند به طور تصادفی کشف شد. مگی کیوسک ، که به تازگی به عنوان رئیس دانشگاه فنی مونستر در ایرلند منصوب شده است ، پوسته هایی از براکیوپود دیسینیسکا تنوئیس را که در اصل از نامیبیا آمده بود به نودلمن ارائه کرده بود. وقتی می خواست جسم سخت را بشوید ، ناگهان در تماس با آب نرم و انعطاف پذیر شد. پوسته مایع را جذب کرده و در نتیجه ساختار آن را تغییر داده است. این روند برگشت پذیر بود: وقتی پوسته خشک شد ، دوباره سخت و شکننده شد.

نودلمن به همراه همکارانش از شش کشور به دنبال کشف آنچه در این تحول غیر منتظره دقیقاً رخ می دهد ، بودند. او توضیح می دهد: از نظر ترکیب ، پوسته شبیه استخوان است." اما استخوان وقتی خیس می شود ساختار خود را تغییر نمی دهد. صدف ها نیز همینطور است: اگر حیوانات نیاز به خواص پوسته خود را با شرایط مختلف محیطی تطبیق دهند ، به طور معمول باید مواد را در فرآیندی طولانی و پرهزینه و با جذب و توزیع مجدد مواد معدنی دوباره کار کنند. این به سادگی از طریق جذب آب کار نمی کند.

مواد ترکیبی با یک ترفند خاص

یوهانس ایهلی، محقق PSI در SLS می گوید: این اصطلاحا کرایو توموگرافی بود که در منبع نور سوئیس SLS انجام شد و در را برای افشای راز باز کرد. با استفاده از این تکنیک ، محققان مواد را به گونه ای بررسی کردند که گویی زیر یک میکروسکوپ با وضوح بسیار بالا و در واقع در دمای بسیار پایین قرار گرفته اند.

ایهلی توضیح می دهد: در دمای اتاق امکان پذیر نبود ، زیرا نور پرتو ایکس پرانرژی بلافاصله ساختار پوسته حساس را تغییر می داد.

پوسته براکیوپود ، که ضخامت آن بیش از نیم میلی متر نیست ، از یک ماده ترکیبی تشکیل شده است: عمدتا کانی معدنی که در آن پلیمرهای آلی ساخته شده از پروتئین ها و قندها تعبیه شده است. استخوان ها ، پوسته های صدف و دندان ها به شیوه ای مشابه از مخلوطی از مواد آلی و معدنی ساخته شده اند. ماده معدنی که جزء اصلی پوسته را تشکیل می دهد ، نوعی فلوروپاتیت است - مشابه ماده ای که مینای دندان ما را تشکیل می دهد.

نانوبلورهای ریز این ماده به صورت لایه ای چیده شده اند. نودلمن آن را با دیوارهای آجری مقایسه می کند: در این قیاس، آجرها نانوبلورها هستند و ملات بین آجرها از مولکول های آلی مانند کیتین و پروتئین ها تشکیل شده است. همانطور که محققان مشاهده کردند ، این "ملات" می تواند مقدار زیادی آب را جذب کرده و باعث متورم شدن آن شود. از طریق ذخیره آب ، ساختار آن تغییر می کند: نرم می شود و آجرها نسبت به یکدیگر متحرک می شوند. ایهلی توضیح می دهد: سپس آب مانند یک روان کننده بین نانوکریستال های جداگانه عمل می کند. سپس کریستال ها می توانند به یکدیگر لغزند. از طریق این حرکت ، پوسته انعطاف پذیر می شود. محققان شبکه ای از منافذ را در پوسته یافتند که به ویژه در هدایت آب داخل و توزیع سریع آن در سرتاسر مواد مثر بود.

مزیت تکاملی

Discinisca tenuis در خوشه های بزرگ در مناطق جزر و مدی در ساحل زندگی می کند که در آن ، بسته به جزر و مد ، حیوانات در معرض امواج شدید یا آبهای آرام قرار می گیرند.

محققان حدس می زنند که اگر حیوانات بتوانند به سرعت نرمی یا سختی پوسته خود را با موقعیت مربوطه تطبیق دهند ، احتمالاً سودمند است: این می تواند از آسیب به پوسته جلوگیری کند و در نتیجه کلیدی برای بقای حیوانات باشد.

مطالعه. نودلمن می گوید: این پدیده حتی ممکن است بیشتر از حد تصور باشد.

گذشته از زیست شناسی و تکامل ، بینش های تازه به دست آمده برای علم مواد نیز جالب توجه است: توسعه یک ماده سخت و شکننده که سختی آن قابل کنترل است می تواند برای بسیاری از کاربردها نویدبخش باشد. به عنوان مثال ، لباس های ورزشی یا کلاه ایمنی می توانند انعطاف پذیری خود را با حرکات تطبیق داده و بسته به ضربه ، همیشه محافظت مورد نیاز را ارائه دهند. مهار این پدیده همچنین می تواند در توسعه مواد جایگزین استخوان مفید باشد.

انتهای پیام/