Φανταστείτε να παίζετε το παιχνίδι “20 Ερωτήσεις” με την αρχική ερώτηση: “Ζώο, φυτό ή ορυκτό;”
Για το αρχαίο θαλάσσιο σκουλήκι Perinereis cultrifera (που υπάρχει ακόμα και σήμερα) η απάντηση είναι εκπληκτικά πολύπλοκη. Όπως και άλλα αρπακτικά σκουλήκια με τρίχες, τα σαγόνια αυτού του είδους αποτελούνται από δομικές πρωτεΐνες και ιόντα. Τα ζώα χρησιμοποιούν αυτά τα σκληρά στοματικά μέρη για να δαγκώσουν, να αλέσουν και να φάνε την τροφή τους.
Η ασυνήθιστη δομή και συμπεριφορά αυτών των σιαγόνων έχει οδηγήσει τους ερευνητές να τις περιγράψουν χρησιμοποιώντας έναν νέο όρο: βιο-μέταλλο. Η ιδέα γίνεται τώρα ένα αναδυόμενο πεδίο βιοφυσικής έρευνας.
Τι κάνει ένα βιομέταλλο διαφορετικό;
Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει στο παρελθόν φράσεις όπως «βιοϋλικά παρόμοια με μέταλλα» ή «βιοϋλικά παρόμοια με μέταλλα» για βιοϋλικά παρόμοια με μέταλλα σε ενέργεια ή ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Ωστόσο, τα βιομέταλλα ορίζονται πιο συγκεκριμένα. Οι ερευνητές τα έχουν ταξινομήσει σύμφωνα με τρία κύρια χαρακτηριστικά: ακαμψία, πώς ανταποκρίνονται στην καταπόνηση και δομή που αποτελείται από ιόντα και πρωτεΐνες.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Biophysics Reviews από την AIP Publishing, επιστήμονες από το TU Wien (Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης) και το Πανεπιστήμιο της Βιέννης ερεύνησαν τη συμπεριφορά που μοιάζει με μέταλλο των σιαγόνων θαλάσσιων εντόμων. Στόχος τους ήταν να βοηθήσουν να διευκρινιστεί τι διακρίνει τα βιομέταλλα από άλλα φυσικά υλικά.
Τα μεταλλικά ιόντα ενισχύουν τις άκρες των σιαγόνων
Η ομάδα μέτρησε αρχικά τη σκληρότητα των σιαγόνων χρησιμοποιώντας νανοοδοντία, μια τεχνική που ασκεί πίεση σε ένα υλικό σε μικροσκοπική κλίμακα. Συνδύασαν αυτές τις δοκιμές με χημική ανάλυση και λεπτομερή απεικόνιση.
Τα αποτελέσματά τους υποστηρίζουν προηγούμενες έρευνες που έδειξαν ότι τα μεταλλικά ιόντα είναι πιο συγκεντρωμένα στην άκρη της γνάθου παρά στην κεντρική περιοχή. Αυτή η υψηλότερη πυκνότητα πιθανώς βοηθά στο να γίνουν οι άκρες πιο σκληρές και πιο επιδεκτικές στο δάγκωμα και τη σύνθλιψη.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν τις σιαγόνες χρησιμοποιώντας πολλά βάθη εσοχής. Βρήκαν ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα που μπορεί επίσης να παρατηρηθεί σε μέταλλα όπως ο χαλκός και το ασήμι.
Γνωστό ως το φαινόμενο του μεγέθους της νανο-εσοχής Nix-Gao, αυτό το φαινόμενο σημαίνει ότι μικρότερα μέρη ενός υλικού μπορεί να είναι πιο δύσκολο να βαθουλωθούν. Στις σιαγόνες σκουληκιών, απότομες αλλαγές στην καταπόνηση σε μικρές περιοχές ενισχύουν την αλληλεπίδραση των ελαττωμάτων εντός της πυρηνικής δομής, παράγοντας χαρακτηριστικά φαινόμενα σχήματος.
Τα σαγόνια των θαλάσσιων σκουληκιών δεν συμπεριφέρονται όπως τα συνηθισμένα μέταλλα
Αν και οι σιαγόνες μοιράζονται πολλά χαρακτηριστικά με γνωστά μέταλλα, έχουν επίσης μηχανικές ιδιότητες που τις ξεχωρίζουν.
“Οι σιαγόνες σκουληκιών του Μπρίστολ έδειξαν επίσης ελαστικότητα ανάλογα με το μέγεθος. Αυτό είναι ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό των βιομετάλλων σε σύγκριση με τα τυπικά κρυσταλλικά μέταλλα όπως ο χαλκός ή το ασήμι”, λέει ο συγγραφέας Christian Helmich.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μαθηματικά μοντέλα για να εξηγήσει πώς θα μπορούσαν να προκύψουν αυτά τα ασυνήθιστα ελαστικά φαινόμενα σε ατομικό επίπεδο. Σύμφωνα με τον Helmich, οι ερευνητές μόλις αρχίζουν να κατανοούν αυτά τα φυσικά υλικά.
Η φύση μπορεί να εμπνεύσει νέα υλικά
«Σκοπεύουμε να επεκτείνουμε την πειραματική βάση δεδομένων διερευνώντας πρόσθετα είδη για να βελτιώσουμε τη θεωρητική ιδέα και να εκτελέσουμε ειδικούς υπολογισμούς, και ίσως το πιο ενδιαφέρον, να διερευνήσουμε τη σύνδεση μεταξύ γενετικής παρέμβασης και του αντίστοιχου χώρου σχεδιασμού υλικού», είπε. «Έρχονται με έναν πραγματικό ενθουσιασμό για την ομορφιά, την κομψότητα και τη φινέτσα που βρίσκονται και παράγονται στη φύση».
