Tech

งานวิจัยเผยความลับเกี่ยวกับเปลือกหอยของสัตว์ทะเล

ทำไมฝาครอบป้องกันของ brachiopod Discinisca tenuis จึงนิ่มอย่างไม่น่าเชื่อเมื่ออยู่ในน้ำและกลับแข็งตัวในอากาศอีกครั้ง

การศึกษาใหม่โดยทีมวิจัยระดับนานาชาติ กับ Paul Scherrer Institute PSI ได้เปิดเผยเหตุผล

เปลือกของ brachiopod Discinisca tenuis อุดมไปด้วยแร่ธาตุที่ปกป้องจากอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมที่เป็นอันตราย เมื่อเปลือกอยู่ในน้ำ มันจะเปลี่ยนโครงสร้างในวัสดุ เป็นผลให้เปลือกมีความยืดหยุ่นมากจนสามารถพับขึ้นได้โดยไม่ทำลาย

นักวิทยาศาสตร์ต้องการทราบว่าการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร

Fabio Nudelman นักเคมีด้านวัสดุซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ School of Chemistry มหาวิทยาลัยเอดินบะระในสกอตแลนด์กล่าวว่า “ในองค์ประกอบของมัน เปลือกมีลักษณะคล้ายกระดูก แต่กระดูกไม่เปลี่ยนโครงสร้างเมื่อเปียกน้ำ เช่นเดียวกับหอย: หากสัตว์จำเป็นต้องปรับคุณสมบัติของเปลือกให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน โดยปกติแล้วพวกมันจะต้องปรับปรุงวัสดุในกระบวนการที่ใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูงโดยการดูดซับและกระจายแร่ธาตุ มันไม่ได้ทำงานเพียงผ่านการดูดซึมน้ำ”

นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคนิค cryo-tomography เพื่อตรวจสอบวัสดุราวกับว่าอยู่ภายใต้ระดับสูงมาก กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดและที่อุณหภูมิต่ำมาก

Johannes Ihli นักวิจัย PSI ที่ SLS กล่าวว่า “ที่อุณหภูมิห้อง มันคงเป็นไปไม่ได้ตั้งแต่ แสงเอ็กซ์เรย์พลังงานสูงจะเปลี่ยนโครงสร้างเปลือกที่ละเอียดอ่อนทันที”

พวกเขาพบเปลือกซึ่งมีความหนามากกว่าครึ่งมิลลิเมตรประกอบด้วย ของวัสดุไฮบริด ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่ธาตุอนินทรีย์ซึ่งโพลีเมอร์อินทรีย์ที่ทำจากโปรตีนและน้ำตาลฝังอยู่

แร่ธาตุที่ประกอบเป็นส่วนประกอบหลักของเปลือกคือฟลูออโรอะพาไทต์ชนิดหนึ่งซึ่งคล้ายกับวัสดุที่ ประกอบขึ้นเป็นเคลือบฟันของเรา

Ihli กล่าวว่า “นาโนคริสตัลขนาดเล็กของวัสดุนี้จัดเรียงเป็นชั้นที่สามารถเปรียบเทียบกับผนังอิฐ ในการเปรียบเทียบนี้ อิฐคือนาโนคริสตัล และปูนที่อยู่ระหว่างอิฐประกอบด้วยโมเลกุลอินทรีย์ เช่น ไคตินและโปรตีน”

” ‘ปูน’ นี้สามารถดูดซับน้ำปริมาณมาก ทำให้บวมขึ้น ผ่านการเก็บกักน้ำ มันเปลี่ยนโครงสร้าง: มันนุ่ม และอิฐจะเคลื่อนตัวตามแต่ละอื่น ๆ “

“จากนั้นน้ำจะทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นระหว่างนาโนคริสตัลแต่ละตัว คริสตัลสามารถลื่นไถลซึ่งกันและกันได้ จากการเคลื่อนไหวนี้ เปลือกจะยืดหยุ่นได้”

การสังเกตยังเผยให้เห็นเครือข่ายของรูพรุนในเปลือก รูพรุนเหล่านี้นำทางน้ำภายในได้อย่างมีประสิทธิภาพและกระจายไปทั่ววัสดุอย่างรวดเร็ว

นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าเปลือกจะนำทางน้ำภายในอย่างมีประสิทธิภาพและกระจายไปทั่ววัสดุอย่างรวดเร็ว

นูเดลแมนกล่าวว่า “สิ่งนี้สามารถป้องกันความเสียหายต่อเปลือกและเป็นกุญแจสำคัญในการอยู่รอดของสัตว์ ปรากฏการณ์นี้อาจแพร่หลายมากกว่าที่สงสัย: “เราไม่ทราบว่าสัตว์ชนิดอื่นที่อาจมีทรัพย์สินประเภทนี้มีกี่ชนิด”

การอ้างอิงวารสาร:
  • J. Ihli, AS Schenk และคณะ การปรับตัวทางกลของ Brachiopod Shells ผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ชักนำให้เกิดความชุ่มชื้น Nature Communications, 10 กันยายน 2021 (ออนไลน์). ดอย:
  • 10.1038/s41467-021-25613-4

    Back to top button