Зубы морских блюдечек бьют рекорд

Джонатан Сарфати
Перевод: Андрей Ткаченко, Алексей Калько
Переведено с разрешения creation.com

Присоединяйтесь к нам на Facebook!

Нажмите «Нравится», чтобы первыми узнавать о новых статьях

Image: Hannah Swithinbank, [CC-BY-NC-ND 2.0] via flickr

Морские блюдечки

Во многих технологиях очень важны материалы, которые являются одновременно прочными и лёгкими, особенно для создания самолётов, кораблей и автомобилей. Одними из лучших являются композитные материалы, так как они не только сочетают в себе преимущества различных материалов, но их компоненты также компенсируют недостатки друг друга. В частности, твёрдые, но хрупкие материалы часто соединяются с мягкими, но более гибкими. Хорошо известной комбинацией является бетон со стальной арматурой (железобетон), поскольку бетон устойчив к сжатию, а сталь устойчива к растяжению.

В последние годы было показано, что высокая прочность биологических материалов, таких как кости1 и раковины,2 является результатом такой комбинации твёрдых, но хрупких минералов в сочетании с гибкими белками. Прочность ещё больше увеличивается благодаря их изобретательным структурам.

Хорошо известный искусственный композитный материал – «стекловолокно», которое на самом деле является пластиком, армированным стекловолокном. В нём стекло – твёрдый и обычно хрупкий материал, а пластик – гибкий материал. Цельный кусок стекла – хрупкий материал, поскольку он имеет структурные дефекты или недостатки. Эти дефекты концентрируют на себе нагрузки, в результате чего в местах этих дефектов возникают трещины, которые затем распространяются по материалу. Однако достаточно тонкие волокна — от 4 до 34 микрон (мкм)3 в диаметре могут быть созданы практически без дефектов. Именно поэтому они являются настолько гибкими. Кроме того, если трещина всё же появляется, она просто разрывает одно волокно, а не всю ткань материала. Если бы можно было изготовить большой лист без дефектов, он был бы столь же прочен, как и волокна, но это затруднительно на практике и нецелесообразно.

Credit: © Natural England/Ross Bullimore, [CC-BY-NC-ND 2.0] via flickr

Улитка «блюдечко»

Стекловолоконные зубы морских блюдечек

Оказывается, что скромная морская улитка (брюхоногий моллюск, класс Gastropoda) имеет зубы, созданные с использованием этих передовых принципов материаловедения. Блюдечко очень крепко присасывается к скалам с помощью своей мускулистой ноги, а также клейкой слизи. При этом они могут и перемещаться. Для питания они используют свой язык (т.н. тёрка или радула), покрытый мелкими зубами, с помощью которого они соскребают водоросли со скал. При этом они соскребают мелкие частицы от самих скал, заглатывают их, а затем выводят из организма. Фактически, блюдечки разъедают знаменитые белые скалы Дувра со скоростью 1,3 мм/год.4

Группа инженеров и материаловедов во главе с профессором Асой Барбером (Asa Barber) из Портсмутского университета раскрыли секрет блюдечек.5,6 Учёные выяснили, что зубы этих моллюсков состоят из самого прочного биологического материала среди известных на сегодняшний день, благодаря своего рода оптоволоконному принципу. Волокна состоят из вещества, химически подобного ржавчине – оксида-гидроксида железа, минерала под названием гётит. И они примерно в тысячу раз тоньше, чем волокна в стекловолокне. Диаметр волокон гётита составляет лишь десятки нанометров (нм)7, а длина – несколько микронов. Они настолько тонкие, что это меньше «критического размера, допускающего трещины», составляющего около 30 нм. То есть они столь малы, что дефекты не концентрируют на себе нагрузку и не становятся начальными точками трещин.8

Image: © The Royal Society Publishing

Микрофотография зубов блюдечка, полученная сканирующим электронным микроскопом. (Источник: сноска 5)

 

Эта чрезвычайная тонкость вполне может вдохновить на создание гораздо более прочных композитных материалов, чем имеющиеся в настоящее время. Также интересно отметить следующий комментарий учёных: «естественный дизайн в зубах блюдечек оптимизирован в сторону теоретических пределов прочности».9 Профессор Барбер также сказал: «Биология является большим источником вдохновения для инженеров. Эти зубы состоят из очень мелких волокон, соединенных определённым способом, и нам нужно думать о создании искусственных структур, следуя тем же конструктивным принципам».

В очередной раз мы видим, что инженеры пытаются извлечь уроки из инженерного замысла в природе. И это настолько сильно указывает на Инженера природы, что люди не имеют никакого оправдания (Римлянам 1:18-25).

Статьи по теме

Видео по теме

Ссылки и примечания

  1. Sarfati , J., Bone building: perfect protein, J.Creation 18(1):11–12, 2004; creation.com/bone. Назад к тексту
  2. Sarfati, J., Amazing abalone armour Creation 30(1):44–45, 2007; creation.com/abalone and; Super shells, Creation 27(3):19, 2005; creation.com/conch. Назад к тексту
  3. 1 мкм (или микрометр) = 10–6 м; 1000 мкм = 1 мм; размер человеческих волос колеблется от 17 до 181 мкм. Назад к тексту
  4. Is it all over, for white cliffs of Dover? (Focus), Creation 22(3):5, 2000. Назад к тексту
  5. Barber, A., Lu, D. и Pugno, N.M., Extreme strength observed in limpet teeth, Journal of the Royal Society Interface 12(105), 18 февраля 2015 г. | doi: 10.1098/rsif.2014.1326. Назад к тексту
  6. Webb, J., Limpet teeth set new strength record, BBC News, 17 февраля 2015 г., bbc.com. Назад к тексту
  7. 1 нм = 10–9 м. Назад к тексту
  8. Gao, H.J. и др., Materials become insensitive to flaws at nanoscale: lessons from nature, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 100(10):5597–5600, 13 мая 2003 г. | doi:10.1073/pnas.0631609100. Назад к тексту
  9. Barber и др., ссылка 5, резюме. Назад к тексту

ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ!

Наверх