Багато відомих винахідників були уважними спостерігачами, що дозволило їм підглянути багато ідей у природи, яка надихає вчених на відкриття і донині. Так фізик роберт шофілд звернув увагу, що багато безхребетних, незважаючи на свої крихітні розміри, мають досить міцними “інструментами”. Наприклад, щоб кліщу впитися в тварину, йому необхідно проткнути товсту, покриту шерстю шкіру. Мурашкам-листоріз доводиться прогризати жорсткі тропічні листя, а плямисті ліхтарниці взагалі розгризають кору дерев, щоб дістатися до соку, і такі приклади можна наводити довго. Роберта шофілда став цікавити питання-що за матеріал такий, який витримує колосальні навантаження і залишається неушкодженим? вчені давно знали, що він містить важкі метали, такі як цинк, мідь і марганець. У деяких частинах тіла окремих безхребетних вміст важких металів досягає 20% від маси. При цьому вчені поняття не мали, як ці метали пов’язані з білками. Займаючись цим питанням роберт шофілд зі своєю командою дослідників зміг знайти відповідь. Для цього йому довелося вивчати білки і метали на молекулярному рівні. Як виявилося,” інструменти ” безхребетних складаються з унікального міцного композитного матеріалу, який вчені згодом назвали біоматеріалом важких елементів.

Вченим вдалося розкрити секрет надміцного матеріалу, з якого складаються «інструменти» деяких безхребетних

У чому секрет природного матеріалу безхребетних

Щоб розкрити секрет міцності окремих частин тіла безхребетних, шофілд і його колеги з тихоокеанської північно-західної національної лабораторії штату орегон вивчали тіла мурах, павуків, скорпіонів, молюсків і одного з видів морських черв’яків. Команда створила мініатюрні зонди, які дозволяли перевірити механічні властивості матеріалів, розсікаючи їх атом за атомом.

Вони виявили, що важкі метали, такі як цинк і марганець, були рівномірно розподілені по всій частині тіла безхребетного, на відміну від речовини в кістках та інших біомінералах. При цьому атоми металів буквально вплетені в білки. Це забезпечує високу міцність, довговічність і зносостійкість матеріалу. Крім того, подібна атомна структура дозволяє частинам тіла бути більш гострою і стійкий до зносу.

Міцні і гострі» інструменти ” безхребетних дозволяють їм економити енергію

Завдяки цьому матеріал забезпечує економію енергії істотам. Наприклад, мураха використовує на 60 відсотків менше енергії, щоб прорізати листя, ніж якщо б у нього не було такої атомної структури. Детальніше про результати досліджень вчені розповіли у своїй статті, яка вийшла в журналі scientific reports.

Проте у шофілда все ще залишилося багато питань, наприклад, чи еволюціонували ці природні тверді матеріали один або кілька разів в різних групах безхребетних, від ракоподібних до багатоніжок.

Підписуйтесь на наш telegram-канал, на якому ми регулярно розповідаємо про найбільш захоплюючі дослідження вчених.

Матеріал безхребетних більш міцний, ніж кістки

Як ми знаємо, у тварин теж є свій спосіб формування витривалого і міцного природного матеріалу. Цей широко поширений процес, відомий як біомінералізація. Він відбувається, коли білки в організмі тварини обертаються навколо великих мінеральних кристалів, наприклад, в кістках або деяких морських черепашках. Тому кістка являє собою потужну суміш мінералів (в основному карбонату кальцію) і білків, які надають скелету тварини необхідну гнучкість, розтягуються і стискаються, набагато перевершуючи за своїми властивостями будь-який мінерал сам по собі.

Наші кістки виконані з біомінералів-комбінації білків і карбонату кальцію

Але біомінералізація має свої недоліки. Наприклад, з цього матеріалу неможливо отримати досить гострий інструмент. Як каже шофілд, це все одно, що намагатися зробити ніж з цегли. Крім того, біомінерали набагато більш крихкі, ніж біоматеріали важких елементів.

Тому біомінерали не підходять для багатьох безхребетних. Їм потрібні більш надійні і зносостійкі частини тіла. Наприклад, розбите жало скорпіона стало б для нього смертним вироком. Тому еволюція знайшла для них більш відповідний матеріал.

Матеріали з такою ж атомарною структурою, як у комах і павукоподібних відкриває нові перспективи перед інженерами

Який потенціал має найміцніший матеріал безхребетних

Як кажуть самі дослідники, важкі біоматеріали можуть надихнути інженерів на створення нових продуктів. Перед ними завжди стоїть завдання знизити вагу, забезпечити компактність і високу міцність тих чи інших виробів. Матеріал з таким же атомним розташуванням білків і важких металів може привести до отримання виробів, які будуть більш легкими, міцними і стійкими до повсякденного використання.

Більше матеріалів про сучасні технології, які небули опубліковані на сайті, ви знайдете на нашому яндекс.дзен-каналі

В першу чергу це стосується всіляких інструментів. Однак матеріали, на думку дослідників, знайдеться застосування в багатьох інших галузях промисловості. Наприклад, його можна використовувати для до корпусів мобільних телефонів або аксесуарів для них. Також матеріал напевно знайде широке застосування в медицині. Наостанок зазначу, що це не єдиний надміцний матеріал, відкритий за останній час. Нещодавно вченим вдалося домогтися приголомшливих результатів, небагато .