Кальмары и суперклей
|
|
Кальмар, согласно многим народным мудростям и анекдотам — сплошные противоречия. Но сегодня хочу понять только одно из них. Весь кальмар представляет собой набор тканей наподобие желатина, как, например, довольно плотная медуза. Но при этом его клюв похож на клюв попугая и является одним из самых острых и твердых образований в живой природе. Гигантский кальмар с легкостью перекусывает позвоночник крупным рыбам, парализуя их. Причем то же самое он может делать и с аквалангистами (к счастью, это происходит очень редко). Как же этот клюв образовался и на чем держится?
Каждый раз, когда кальмар пользуется своим клювом, усилие, которое он прилагает, разрушает его собственные мягкие ткани в основании клюва. В журнале «Science» было опубликовано исследование, которое объясняет, каким образом кальмар может разрушать намного более прочных рыб, чем он сам. не повреждая при этом себя. Это все равно, как если бы медуза, скажем, перекусывала бревна, из которых собран плот.
Команда исследователей, возглавляемая Али Мишерезом из университета Калифорнии, проанализировала образцы клювов, «разобранных» на мельчайшие части, от кончика до основания, и обнаружила изменяющееся содержание хитина (прочного сахарообразного полимера, из которого состоят, к примеру, скелеты насекомых), воды и протеинов в их составе. Причем жесткость по всей длине клюва изменяется более чем в 100 раз от кончика до основания.
При приближении к основанию клюв становится мягче и переходит в мышечную ткань. Этот факт натолкнул ученых на возможность использования этого открытия в науке, позволяя соединять мягкие и твердые материалы, сохраняя прочность швов и их сохранность. Сейчас в этой области возникают большие трудности при попытках соединить, скажем, амортизирующие элементы с прочными несущими.
Причиной столь высокой прочности и жесткости конца клюва является большое количество прочных связей между протеинами в клюве. Это приводит к тому, что клюв кальмара на сегодняшний день является самым прочным и жестким материалом среди всех синтетических полимеров, включая в себя при этом только органические материалы, безо всякой стали или углеводородов с нанотрубками. Для сравнения, зубы млекопитающих, тоже обладающие высокой прочностью, содержат до 90% минералов.
Также контролирующим фактором является наличие в материале клюва воды. Протеин в его составе имеет высокое содержание двух аминокислот — гистидила (histidyl) и допа(Dopa), крепкого клея. Этот самый Dopa входит в состав наиболее адгезивных (т.е. прилипчивых) материалов в живой природе, таких как зубная эмаль, экзоскелет членистоногих, липкие лапки геккона и укрепительные волокна мидии. Эта аминокислота также имеет хорошее сродство с определенными металлами, и сильно прилипает к органическим и неорганическим поверхностям.
Ученые пока безуспешно пытаются синтезировать это полезное вещество для использования в качестве покрытия стыков разнородных материалов в агрессивных средах. Если бы удалось воспроизвести формулу этой аминокислоты, это открыло бы новые возможности для соединения материалов. Например, инженеры могли бы создавать крепкое соединение материалов с различными физическими свойствами с помощью «умного» клея, который постепенно изменял бы свои свойства в слое в зависимости от того материала, с которым он сцепляется.
Также это изобретение имело бы большое экологическое значение. Все составляющие такого универсального клея изначально созданы природой, в отличие от современных технологических клеев. Сейчас клеи представляют собой сильнотоксичные вещества, сильно загрязняющие окружающую среду. Биологический же клей открыл бы новые возможности по своему использованию, как в медицине, так и в классических применениях в быту и промышленности.
Вам понравилась статья? Просто перейди по рекламе после статьи. Там ты найдешь то, что ты искал, а нам бонус...
|
|
Почитать ещё:
