: 23.09.2019

Морские ежи изобрели самозатачивающиеся «инструменты»

Морские ежи – непременный элемент подводных ландшафтов многих морей: они широко распространены как в холодных водах Арктики и Антарктики, так и в тропическом секторе Мирового океана. Всего этих животных, обитающих исключительно в морской среде, насчитывается около 940 видов! Колючие иглы морских ежей – не единственная острая часть в их организме. На нижней поверхности панциря ежа расположен Аристотелев фонарь – ротовой аппарат в виде пятигранной структуры, состоящей из пяти острых зубов. В еде ежи неприхотливы и поедают все, что могут обнаружить: морских звезд, моллюсков, мертвую рыбу, кораллы, губки... Они не брезгуют даже детритом – мертвой органикой, содержащей микроскопические водоросли и другие микроорганизмы.

Казалось бы, зубы этих всеядных животных должны со временем терять свою остроту, однако этого не происходит. Конечно, в этом смысле ежи не исключение – природа дает нам многочисленные примеры того, как справиться с зубным износом. Для этого зубу требуются либо твердые внешние покровы, либо постоянное обновление за счет непрерывного роста. До сих пор ученые считали, что морские ежи используют второй вариант, дополненный постоянным самозатачиванием «орудий труда». Но было неясно, как ежам удается определенным образом затачивать зубы, состоящие из достаточно хрупких известковых компонентов – трещины в подобных материалах имеют тенденцию к нестабильному и ненаправленному росту.

Недавно американские ученые изучили структуру зубов у 15 морских ежей вида Strongylocentrotus fragilis. Эти обитатели коралловых рифов не только едят кораллы, но и строят отверстия-убежища в скальных основаниях, поэтому их зубы должны быть и твердыми, и износостойкими.

С помощью сканирующей электронной микроскопии исследователи выяснили, что опорная стенка зуба морского ежа состоит из продольных волокон кальцита, поверх которых расположены многочисленные наклонные пластинки из этого же материала. Затем они экспериментально смоделировали условия, в которых ежи пользуются своими зубами. Зубами ежей скребли по алмазной пластинке, меняя нагрузку, и записывали происходящее на видео. Оказалось, что если давление на зубы было постоянным, они тупились. Но когда нагрузки плавно возрастали, то от края зуба начинали откалываться крошечные пластинки, так что кромка всегда оставалась острой. Так как зубы морских ежей непрерывно растут, такой износ не заходит слишком далеко. 

Открытие тайны остроты зубов морских ежей носит не только теоретический интерес – оно может помочь материаловедам и инженерам в создании новых материалов и самозатачивающихся инструментов для резки и шлифовки, а также горных работ и рытья тоннелей.

Фото: https://commons.wikimedia.org

: 23.09.2019