Paroli pri dentoj ĉe homoj plej ofte rilatas al kario, krampoj kaj sadistoj en blankaj manteloj, kiuj nur revas fari bidojn el viaj dentoj. Sed ŝercoj flanken, ĉar sen dentistoj kaj starigitaj buŝa higieno reguloj, ni manĝus nur dispremitajn terpomojn kaj supon tra pajlo. Kaj ĉio kulpas pri evoluado, kiu donis al ni malproksime de la plej daŭraj dentoj, kiuj ankoraŭ ne regeneriĝas, kio verŝajne nepriskribeble plaĉas al la reprezentantoj de la denta industrio. Se ni parolas pri la dentoj de reprezentantoj de la sovaĝejo, tiam majestaj leonoj, sangavidaj ŝarkoj kaj ekstreme pozitivaj hienoj tuj venas al la menso. Tamen, malgraŭ la potenco kaj forto de iliaj makzeloj, iliaj dentoj ne estas tiel mirindaj kiel tiuj de eĥinoj. Jes, ĉi tiu bulo da pingloj sub akvo, sur kiu vi povas ruinigi bonan parton de via feriado, havas sufiĉe bonajn dentojn. Kompreneble, ili ne estas multaj, nur kvin, sed ili estas unikaj siamaniere kaj kapablas sin akrigi. Kiel sciencistoj identigis tian funkcion, kiel ĝuste ĉi tiu procezo okazas kaj kiel ĝi povas helpi homojn? Pri tio ni ekscias el la raporto de la esplorgrupo. Iru.
Esplorbazo
Antaŭ ĉio, indas koni la ĉeffiguron de la studo - Strongylocentrotus fragilis, en homaj terminoj, kun rozkolora eĥino. Ĉi tiu tipo de eĥino ne tre diferencas de siaj aliaj ekvivalentoj, escepte de pli platigita formo ĉe la polusoj kaj ŝika koloro. Ili vivas sufiĉe profunde (de 100 m ĝis 1 km), kaj ili kreskas ĝis 10 cm en diametro.
La "skeleto" de erino, kiu montras kvin-radian simetrion.
Eĥinoj estas, kiom ajn malĝentila ĝi sonas, ĝustaj kaj malĝustaj. La unuaj havas preskaŭ perfekte rondan korpformon kun okulfrapa kvin-traba simetrio, dum la lastaj estas pli malsimetriaj.
La unua afero, kiu kaptas vian okulon, kiam vi vidas eĥinon, estas ĝiaj plumoj, kiuj kovras la tutan korpon. En malsamaj specioj, la pingloj povas esti de 2 mm ĝis 30 cm.Krom la pingloj, la korpo havas spheridia (organos de ekvilibro) kaj pedicellaria (procezoj kiuj similas forceps).
Ĉiuj kvin dentoj estas klare videblaj en la centro.
Por prezenti eĥinon, vi unue devas stari renverse, ĉar ĝia buŝo malfermo situas sur la malsupra parto de la korpo, sed la aliaj truoj estas sur la supraĵo. La buŝo de eĥinoj estas ekipita per maĉaparato kun bela scienca nomo "Aristotela lanterno" (estis Aristotelo, kiu unue priskribis ĉi tiun organon kaj komparis ĝin laŭ la formo kun antikva portebla lanterno). Ĉi tiu organo estas ekipita per kvin makzeloj, ĉiu el kiuj finiĝas per akra dento (la aristotela lanterno de la esplorita rozkolora erinaco estas montrita en bildo 1C malsupre).
Estas supozo, ke la fortikeco de la dentoj de eĥinoj estas certigita per ilia konstanta akrigo, kiu okazas per la laŭpaŝa detruo de la mineraligitaj dentoplatoj por konservi la akrecon de la distala surfaco.
Sed kiel ĝuste ĉi tiu procezo okazas, kiuj dentoj devas esti akrigitaj kaj kiuj ne, kaj kiel ĉi tiu grava decido estas farita? Sciencistoj provis trovi respondojn al ĉi tiuj demandoj.
Esplorrezultoj
Bildo #1
Antaŭ malkaŝi la dentajn sekretojn de eĥinoj, konsideru la strukturon de iliaj dentoj ĝenerale.
Sur la bildoj 1A-1С la heroo de la studo estas montrita - rozkolora eĥino. Kiel aliaj eĥinoj, reprezentantoj de ĉi tiu specio ricevas siajn mineralajn komponantojn el mara akvo. Inter la skeletelementoj, la dentoj estas tre mineraligitaj (je 99%) kun magnezio-riĉigita kalcito.
Kiel ni antaŭe diskutis, erinacoj uzas siajn dentojn por skrapi manĝaĵojn. Sed krom tio, helpe de siaj dentoj, ili fosas por si truojn, en kiuj ili kaŝas sin de predantoj aŭ malbona vetero. Pro ĉi tiu nekutima uzo de dentoj, ĉi-lasta devas esti ekstreme forta kaj akra.
Sur la bildo 1D mikrokomputita tomografio de segmento de tuta dento estas montrita, evidentigante ke la dento estas formita laŭ elipsa kurbo kun T-forma sekco.
Sekco de la dento (1E) montras ke la dento estas kunmetita de tri strukturaj regionoj: primaraj lamenoj, kalkulregiono, kaj sekundaraj lamenoj. La ŝtona areo konsistas el fibroj de malgranda diametro, ĉirkaŭitaj de organika ŝelo. La fibroj estas enfermitaj en polikristala matrico kunmetita de magnezi-riĉaj kalcitpartikloj. La diametro de ĉi tiuj partikloj estas ĉirkaŭ 10-20 nm. La esploristoj rimarkas, ke la koncentriĝo de magnezio ne estas unuforma tra la dento kaj pliiĝas pli proksime al ĝia fino, kio provizas ĝian pliigitan eluziĝon kaj malmolecon.
Longituda sekcio (1F) de la kalkulado de la dento montras la detruon de la fibroj, same kiel la apartigon, kiu okazas pro delaminado ĉe la interfaco inter la fibroj kaj la organika ŝelo.
Primaraj latingoj estas kutime kunmetitaj de kalcitaj unukristaloj kaj situas sur la konveksa surfaco de la dento, dum sekundaraj latingoj plenigas la konkavan surfacon.
Bildigita 1G oni povas vidi aron da kurbaj primaraj platoj kuŝantaj paralele unu al la alia. La bildo ankaŭ montras fibrojn kaj polikristalan matricon plenigantan la spacon inter la platoj. kilo (1H) formas la bazon de la transversa T-sekcio kaj pliigas la fleksan rigidecon de la dento.
Ĉar ni scias, kian strukturon havas la dento de la rozkolora eĥino, ni nun devas ekscii la mekanikajn ecojn de ĝiaj komponantoj. Por tio, kunpremaj testoj estis efektivigitaj per skana elektrona mikroskopo kaj la metodo nanoindentado*. Provaĵoj tranĉitaj laŭ la longitudaj kaj transversaj orientiĝoj de la dento partoprenis nanomekanikaj testoj.
Nanoindentado* — kontrolo de la materialo per la metodo de indentado en la surfacon de la specimeno de speciala ilo — la indentador.
Analizo de datumoj montris, ke la averaĝa modulo de Young (E) kaj malmoleco (H) ĉe la dentopinto en la longitudaj kaj transversaj direktoj estas: EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (longitudina) kaj ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (transversa).
Modulo de Young* - fizika kvanto, kiu priskribas la kapablon de materialo rezisti streĉon kaj kunpremadon.
Malmoleco* - la posedaĵo de la materialo rezisti la enkondukon de pli solida korpo (indentor).
Krome, niĉoj estis faritaj laŭ la longituda direkto kun cikla aldona ŝarĝo por krei modelon de duktila damaĝo por la ŝtona areo. On 2A la kurbo ŝarĝo-movo estas montrita.
Bildo #2
La modulo por ĉiu ciklo estis kalkulita surbaze de la Oliver-Farr-metodo uzante malŝarĝajn datumojn. La indentcikloj montris monotonan malkreskon en modulo kun kreskanta indentprofundo (2B). Tia malboniĝo de rigideco estas klarigita per amasiĝo de damaĝo (2C) kiel rezulto de neinversigebla deformado. Estas rimarkinde, ke la disvolviĝo de la tria okazas ĉirkaŭ la fibroj, kaj ne per ili.
La mekanikaj propraĵoj de la dentkomponentoj ankaŭ estis taksitaj per kvazaŭ-senmovaj mikrokolonaj kunpremadeksperimentoj. Enfokusigita jonradio kutimis fabriki mikrometro-grandajn kolonojn. Por taksi la forton de la ligo inter la primaraj platoj sur la konveksa flanko de la dento, mikrokolonoj estis fabrikitaj kun oblikva orientiĝo relative al la normala interfaco inter la platoj (2D). Bildigita 2E mikrokolono kun klinita interfaco estas montrita. Kaj sur la diagramo 2F la rezultoj de tonda streĉa mezurado estas montritaj.
Sciencistoj rimarkas interesan fakton - la mezurita modulo de elasteco estas preskaŭ duono de tiu de indenttestoj. Ĉi tiu diferenco inter dentaĵo kaj kunpremadtestoj ankaŭ estas konata por denta emajlo. Nuntempe, ekzistas pluraj teorioj klarigantaj ĉi tiun diferencon (de mediaj influoj dum provoj ĝis poluado de specimenoj), sed ne estas klara respondo al la demando pri kial la diferenco okazas.
La sekva paŝo en la studo de la dentoj de la eĥino estis eluziĝotestoj faritaj per skananta elektrona mikroskopo. La dento estis gluita al speciala tenilo kaj premita kontraŭ substrato de ultrananokristala diamanto (3A).
Bildo #3
La sciencistoj rimarkas, ke ilia versio de la eluziĝotesto estas la malo de tio, kio estas kutime farita kiam diamantpinto estas premita en substraton de la studata materialo. Ŝanĝoj en la eluziĝotestmetodaro permesas pli bonan komprenon de la trajtoj de mikrostrukturoj kaj dentokomponentoj.
Kiel ni povas vidi en la bildoj, kiam la kritika ŝarĝo estas atingita, blatoj komencas formiĝi. Indas konsideri, ke la forto de la "mordo" de la aristotela lanterno en eĥinoj varias laŭ la specio de 1 ĝis 50 neŭtonoj. En la testo oni aplikis forton de centoj da mikroneŭtonoj ĝis 1 neŭtono, t.e. de 1 ĝis 5 neŭtonoj por la tuta aristotela lanterno (ĉar estas kvin dentoj).
Bildigita 3B (i) malgrandaj partikloj (ruĝa sago) estas videblaj, formitaj kiel rezulto de eluziĝo de la ŝtona areo. Ĉar la ŝtona areo eluziĝas kaj kontraktiĝas, fendoj ĉe la interfacoj inter la platoj povas estiĝi kaj disvastiĝi pro kunpremad-tondŝarĝado kaj streĉiĝo en la areo de la kalcitplatoj. Momentfotoj 3B (ii) и 3B (iii) montru la lokojn, kie la fragmentoj rompiĝis.
Por komparo, du specoj de eluziĝoeksperimentoj estis faritaj: kun konstanta ŝarĝo responda al la komenco de rendimento (WCL) kaj kun konstanta ŝarĝo responda al la rendimentoforto (WCS). Kiel rezulto, du variantoj de denta eluziĝo estis akiritaj.
Portu provan filmeton:
Etapo I
Etapo II
Etapo III
Etapo IV
En la kazo de konstanta ŝarĝo en la WCL-testo, kunpremado de la areo estis observita, tamen, neniu peceto aŭ alia damaĝo al la platoj estis rimarkita (4A). Sed en la WCS-testo, kiam la normala forto estis pliigita por konservi la nominalan kontaktan tension konstantan, oni observis pecetiĝon kaj faladon el la platoj (4B).
Bildo #4
Ĉi tiuj observoj estas konfirmitaj de la intrigo (4С) mezuradoj de la kunpremadareo kaj la volumeno de ĉizitaj platoj depende de la glita longo (specimeno super diamanto dum la testo).
Ĉi tiu grafikaĵo ankaŭ montras, ke en la kazo de WCL neniuj blatoj estas formitaj eĉ se la glita distanco estas pli granda ol en la kazo de WCS. Inspektado de kunpremitaj kaj ĉizitaj platoj por 4B ebligas al vi pli bone kompreni la mekanismon de memakrigo de eĥinaj dentoj.
La areo de la kunpremita areo de la ŝtono pliiĝas kiam la plato rompas, igante parton de la kunpremita areo esti forigita. [4B (iii-v)]. Mikrostrukturaj ecoj kiel ekzemple la ligo inter ŝtono kaj slaboj faciligas tiun procezon. Mikroskopio montris ke la fibroj en la kalkulo estas fleksitaj kaj penetras tra la tavoloj de platoj en la konveksa parto de la dento.
Sur la diagramo 4С estas salto en la volumeno de la ĉizita areo kiam la nova plato estas dekroĉita de la dento. Estas kurioze, ke en la sama momento estas akra malkresko de la larĝo de la oblata regiono (4D), kiu indikas la procezon de mem-akrigo.
Simple dirite, ĉi tiuj eksperimentoj montris, ke konservante konstantan normalan (ne kritikan) ŝarĝon dum eluziĝotestoj, la pinto fariĝas malakra, dum la dento restas akra. Rezultas, ke la dentoj de erinacoj estas akrigitaj dum uzo, se la ŝarĝo ne superas la kritikan, alie povas okazi damaĝo (blatoj), kaj ne akriĝo.
Bildo #5
Por kompreni la rolon de dentmikrostrukturoj, iliajn trajtojn kaj ilian kontribuon al la mem-akriga mekanismo, nelinia finhava elementanalizo de la eluziĝoprocezo estis farita (5A). Por fari tion, bildoj de longituda sekcio de la pinto de la dento estis uzataj, kiuj servis kiel bazo por dudimensia modelo konsistanta el ŝtono, platoj, kilo kaj interfacoj inter platoj kaj ŝtono.
Bildoj 5B-5H estas konturaj intrigoj de la Mises-kriterio (plastikeckriterio) ĉe la rando de la ŝtona kaj slabareo. Kiam dento estas kunpremita, la kalkulo spertas grandajn viskoplastajn deformadojn, amasigas damaĝon kaj ŝrumpas ("platigas") (5B и 5C). Plia kunpremado induktas tondilon en la ŝtono, kie la plej granda parto de la plasta deformado kaj damaĝo akumuliĝas, deŝirante parton de la ŝtono, alportante ĝin en rektan kontakton kun la substrato (5D). Tia fragmentiĝo de la ŝtono en ĉi tiu modelo egalrilatas al eksperimentaj observaĵoj (dividitaj fragmentoj sur 3B (i)). Kunpremado ankaŭ rezultigas delaminadon inter la platoj kiam la interfacelementoj estas submetitaj miksita ŝarĝo rezultiganta malkohezion (senŝeligado). Ĉar la kontakta areo pliiĝas, la kontaktostreĉoj pliiĝas, kaŭzante la inicon kaj disvastigon de fendeto ĉe la interfaco (5B-5E). Perdo de adhero inter la platoj plifortigas la kincon, kiu igas la eksteran platon malengaĝiĝi.
Gratado pliseverigas interfacdifekton rezultigantan platforigon kiam la plato(j) spertas fendetiĝon (kie fendetoj devias de la interfaco kaj penetras la platon, 5G). Dum la procezo daŭras, la fragmentoj de la plato estas dekroĉitaj de la pinto de la dento (5H).
Estas kurioze, ke la simulado tre precize antaŭdiras pecetiĝon en ambaŭ ŝtonaj kaj platoregionoj, kiujn sciencistoj jam rimarkis dum observaĵoj (3B и 5I).
Por pli detala konatiĝo kun la nuancoj de la studo, mi rekomendas rigardi и al li.
Epilogo
Ĉi tiu laboro denove konfirmis, ke la evoluo ne tre subtenis homajn dentojn. Serioze, en sia studo, sciencistoj povis detale ekzameni kaj klarigi la mekanismon de memakrigo de la dentoj de eĥinoj, kiu baziĝas sur la nekutima strukturo de la dento kaj la ĝusta ŝarĝo sur ĝi. La teleroj kovrantaj la erinacan denton senŝeliĝas sub certa ŝarĝo, kio permesas vin teni la denton akra. Sed ĉi tio ne signifas, ke eĥinoj povas disbati ŝtonojn, ĉar kiam kritikaj ŝarĝindikiloj estas atingitaj, fendoj kaj blatoj formiĝas sur la dentoj. Montriĝas, ke la principo "estas potenco, neniu menso estas bezonata" certe ne alportus ajnan utilon.
Oni povus pensi, ke la studado de la dentoj de la loĝantoj de la profunda maro alportas nenian utilon al la homo, krom la kontentigo de nesatigebla homa scivolemo. Tamen, la scio akirita dum ĉi tiu studo povas servi kiel bazo por la kreado de novaj specoj de materialoj, kiuj havos trajtojn similajn al la dentoj de erinacoj - eluziĝorezisto, mem-akriga sur la materiala nivelo sen ekstera helpo kaj fortikeco.
Estu kiel ajn, la naturo enhavas multajn sekretojn, kiujn ni ankoraŭ devas malkaŝi. Ĉu ili estos helpemaj? Eble jes, eble ne. Sed foje, eĉ en la plej kompleksa esplorado, foje gravas ne la celo, sed la vojaĝo mem.
Vendredo ekstere:
Subakvaj arbaroj de gigantaj algoj funkcias kiel kunvenejo por eĥinoj kaj aliaj nekutimaj oceanaj loĝantoj. (BBC Earth, voĉtranspafo - David Attenborough).
Dankon pro spektado, restu scivolemaj kaj havu bonegan semajnfinon al ĉiuj! 🙂
Dankon pro restado ĉe ni. Ĉu vi ŝatas niajn artikolojn? Ĉu vi volas vidi pli interesan enhavon? Subtenu nin farante mendon aŭ rekomendante al amikoj, 30% rabato por uzantoj de Habr sur unika analogo de enirnivelaj serviloj, kiu estis inventita de ni por vi: (havebla kun RAID1 kaj RAID10, ĝis 24 kernoj kaj ĝis 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fojojn pli malmultekosta? Nur ĉi tie en Nederlando! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ekde $99! Legu pri
fonto: www.habr.com