Pertsonengan hortzei buruz hitz egitea gehienetan zure hortzekin aleak egiteko amets egiten duten txantxar, giltza eta beroki zurietako sadikoekin lotzen da. Baina txantxak alde batera utzita, dentistarik eta aho-higiene-araurik ezarri gabe, patata birrindua eta zopa bakarrik jango genituzke lasto baten bidez. Eta dena da eboluzioaren errua, hortz iraunkorrenetatik urrun eman gintuen, oraindik birsortzen ez direnak, ziurrenik hortz-industriako ordezkariei deskribaezina den atsegina. Basatiaren ordezkarien hortzei buruz hitz egiten badugu, berehala etortzen zaizkigu burura lehoi dotoreak, marrazo odoltsuak eta hiena oso positiboak. Hala ere, masailezurren indarra eta indarra izan arren, hortzak ez dira itsas trikuenak bezain harrigarriak. Bai, ur azpiko orratz bola honek, zure oporren zati handi bat hondatu dezakezun zapalduta, nahiko hortz onak ditu. Noski, ez dira asko, bost bakarrik, baina bakarrak dira beren erara eta zorrozteko gai dira. Nola identifikatu zuten zientzialariek ezaugarri hori, nola egiten da zehazki prozesu hau eta nola lagun diezaioke jendeari? Ikerketa taldearen txostenean jakin dugu horren berri. Zoaz.
Ikerketaren oinarria
Lehenik eta behin, merezi du ikerketaren pertsonaia nagusia ezagutzea: Strongylocentrotus fragilis, giza terminoetan, itsas triku arrosa batekin. Itsas triku mota hau ez da oso desberdina bere parekoetatik, poloetan forma lauagoa eta kolore liluragarria izan ezik. Nahiko sakonera bizi dira (100 m-tik 1 km-ra), eta 10 cm-ko diametroa izaten dute.
Itsas triku baten "eskeletoa", bost izpien simetria erakusten duena.
Itsas trikuak, nahiz eta zakar soinua izan, zuzenak eta okerrak dira. Lehenengoek gorputz forma ia guztiz biribila dute, bost habeko simetria nabarmenarekin, bigarrenak, berriz, asimetrikoagoak.
Itsas triku bat ikustean begia pizten dizun lehenengo gauza gorputz osoa estaltzen duten bere luma dira. Espezie desberdinetan, orratzak 2 mm-tik 30 cm-ra artekoak izan daitezke.Orratzez gain, gorputzak esferidioak (oreka-organoak) eta pedizelariak (pintzeparen antza duten prozesuak) ditu.
Bost hortzak argi ikusten dira erdialdean.
Itsas triku bat irudikatzeko, lehenik eta behin goitik behera jarri behar da, bere ahoa gorputzaren beheko aldean baitago, baina beste zuloak goiko aldean daude. Itsas trikuen ahoa "Aristotelesen linterna" izen zientifiko ederra duen mastekatzeko aparatu batez hornituta dago (Aristoteles izan zen organo hau lehen aldiz deskribatu eta antzinako linterna eramangarri batekin alderatu zuen forma). Organo hau bost barailez hornituta dago, eta horietako bakoitza hortz zorrotz batean amaitzen da (beheko 1C irudian ikertutako triku arrosaren linterna aristotelikoa ageri da).
Suposatzen da itsas trikuen hortzen iraunkortasuna etengabeko zorroztearekin bermatzen dela, hau da, mineralizatutako hortz-plakak pixkanaka-pixkanaka suntsitzen direlako azalera urrunaren zorroztasuna mantentzeko.
Baina nola doa zehazki prozesu hau, zein hortz zorroztu behar diren eta zein ez, eta nola hartzen da erabaki garrantzitsu hau? Galdera horiei erantzunak bilatzen saiatu dira zientzialariak.
Ikerketaren emaitzak
Irudia #1
Itsas trikuen hortz sekretuak agerian utzi aurretik, kontuan hartu haien hortzen egitura orokorrean.
Irudietan 1A-1S ikerketaren heroia erakusten da - itsas triku arrosa bat. Beste itsas trikuek bezala, espezie honen ordezkariek itsasoko uretatik lortzen dituzte osagai mineralak. Hezurrezko elementuen artean, hortzak oso mineralizatuta daude (% 99), magnesioz aberastutako kaltzitarekin.
Lehen aipatu dugun bezala, trikuek hortzak erabiltzen dituzte janaria garbitzeko. Baina horretaz gain, hortzen laguntzaz, zuloak egiten dituzte beraientzat, eta horietan ezkutatzen dira harraparietatik edo eguraldi txarragatik. Hortzen erabilera ezohiko hori ikusita, azken hauek oso indartsuak eta zorrotzak izan behar dute.
Irudian 1D hortz oso baten segmentu baten mikrokonputazio bidezko tomografia erakusten da, hortza T formako gurutze-sekzioa duen kurba eliptiko batean zehar eratzen dela argi utziz.
Hortzaren zeharkako sekzioa (1E) hortza hiru egitura-eskualdez osatuta dagoela erakusten du: lamin primarioak, kalkulu-eskualdea eta bigarren mailako laminak. Harrizko eremua diametro txikiko zuntzez osatuta dago, oskol organiko batez inguratuta. Zuntzak magnesioan aberatsak diren kaltzita partikulaz osatutako matrize polikristalino batean sartzen dira. Partikula horien diametroa 10-20 nm ingurukoa da. Ikertzaileek nabarmentzen dute magnesioaren kontzentrazioa ez dela uniformea ββhortz osoan zehar eta bere amaieratik hurbilago handitzen dela, eta horrek higadura-erresistentzia eta gogortasuna areagotzen ditu.
Luzerako sekzioa (1F) hortzaren kalkuluaren zuntzen suntsipena erakusten du, baita bereizketa ere, zuntzen eta oskol organikoaren arteko interfazean delaminazioaren ondorioz gertatzen dena.
Lehenengo xaflak kaltzita kristal bakarrez osatuta egon ohi dira eta hortzaren gainazal ganbilan kokatzen dira, bigarren mailako xaflak gainazal ahurra betetzen duten bitartean.
Irudian 1G bata bestearen paraleloan dauden plaka primario kurbatuen sorta bat ikus daiteke. Irudian zuntzak eta plaken arteko espazioa betetzen duten matrize polikristalino bat ere ikusten da. gila (1H) zeharkako T-etalaren oinarria osatzen du eta hortzaren tolestura-zurruntasuna areagotzen du.
Itsas triku arrosaren hortzak zer egitura duen dakigunez, bere osagaien propietate mekanikoak ezagutu behar ditugu orain. Horretarako, konpresio-probak egin dira ekorketa-mikroskopio elektronikoa eta metodoa erabiliz nanokontsaketa*. Hortzaren luzetarako eta zeharkako orientazioetan ebakitako laginek proba nanomekanikoetan parte hartu zuten.
Nanoindentazioa* β materialaren egiaztapena tresna berezi baten laginaren gainazalean koskatzeko metodoaren bidez β koskatzailea.
Datuen azterketak erakutsi zuen Young-en batez besteko modulua (E) eta gogortasuna (H) hortz-muturrean luzetarako eta zeharkako norabideetan hauek direla: EL = 77.3 Β± 4,8 GPa, HL = 4.3 Β± 0.5 GPa (longitudinala) eta ET = 70.2 Β± 7.2. GPa, HT = 3,8 Β± 0,6 GPa (zeharkakoa).
Young-en modulua* - Material batek tentsioari eta konpresioari aurre egiteko duen gaitasuna deskribatzen duen kantitate fisikoa.
Gogortasuna* - materialak gorputz solidoago bat sartzeari aurre egiteko duen propietatea (hastaketa).
Horrez gain, karga gehigarri zikliko batekin luzetarako norabidean egin ziren harresiak, harriaren eremurako kalte harikorren eredu bat sortzeko. On 2A karga-desplazamendu kurba erakusten da.
Irudia #2
Ziklo bakoitzeko modulua Oliver-Farr metodoan oinarrituta kalkulatu da deskargako datuak erabiliz. Koskatze-zikloek moduluaren jaitsiera monotonikoa erakutsi zuten koska-sakonera handituz (2V). Zurruntasunaren hondatze hori kalteak metatzearen ondorioz azaltzen da (2C) atzeraezina den deformazioaren ondorioz. Azpimarratzekoa da hirugarrenaren garapena zuntzen inguruan gertatzen dela, eta ez horien bidez.
Hortzen osagaien propietate mekanikoak ere ebaluatu ziren mikropilarreko konpresio-esperimentu ia-estatikoen bidez. Mikrometro-tamainako zutabeak fabrikatzeko ioi-izpi fokatu bat erabili zen. Hortzaren alde ganbila duten plaka primarioen arteko konexioaren indarra ebaluatzeko, mikrozutabeak plaken arteko interfaze normalarekiko orientazio zeihartsuarekin fabrikatu ziren (2D). Irudian 2E interfaze inklinatua duen mikrozutabe bat erakusten da. Eta taulan 2F ebakidura-tentsioaren neurketaren emaitzak erakusten dira.
Zientzialariek datu interesgarri bat nabaritu dute: neurtutako elastikotasun modulua koska-proben erdia da. Koskatze eta konpresio proben arteko desadostasun hori hortzen esmaltean ere nabarmentzen da. Momentuz, desadostasun hori azaltzen duten hainbat teoria daude (probetan zehar ingurumen-eraginetatik hasi eta laginak kutsatzeraino), baina ez dago desadostasuna zergatik gertatzen den galdetzeko erantzun argirik.
Itsas trikuaren hortzen azterketaren hurrengo urratsa ekorketa-mikroskopio elektronikoaren bidez egindako higadura-probak izan ziren. Hortza euskarri berezi batean itsatsi eta diamante ultrananokristalinozko substratu baten aurka estutu zen (3A).
Irudia #3
Zientzialariek adierazi dute higadura-probaren bertsioa diamante-punta bat aztertzen ari den materialaren substratu batean sakatzen denean egin ohi denaren aurkakoa dela. Higadura-probaren metodologiaren aldaketek mikroegituren eta hortzen osagaien propietateak hobeto ezagutzeko aukera ematen dute.
Irudietan ikus dezakegunez, karga kritikoa iristean txipak sortzen hasten dira. Kontuan hartzekoa da aristoteliako farolaren "ziztada"-ren indarra itsas trikuetan espeziearen arabera aldatzen dela 1etik 50 newtonera. Proban, ehunka mikronewtonetik newtonera arteko indarra aplikatu zen, hau da. 1etik 1 newtonera Aristoteliako farol osorako (bost hortz baitaude).
Irudian 3B (i) partikula txikiak (gezi gorria) ikusten dira, harri-eremuaren higaduraren ondorioz sortutakoak. Harri-eremua higatzen eta uzkurtzen den heinean, plaken arteko interfazeetan pitzadurak sortu eta heda daitezke, konpresio-ebakidura-kargaren eta kaltzita-plaken eremuan tentsioaren metaketaren ondorioz. Argazkiak 3B(ii) ΠΈ 3B(iii) zatiak hautsi ziren lekuak erakutsi.
Konparaziorako, bi higadura-esperimentu mota egin ziren: etekinaren hasierari dagokion karga konstantearekin (WCL) eta etekin-erresistentziari dagokion karga konstantearekin (WCS). Ondorioz, hortzen higaduraren bi aldaera lortu ziren.
Erabili probaren bideoa:
I. etapa
Etapa II
Etapa III
Etapa IV
WCL proban karga konstante baten kasuan, eremuaren konpresioa ikusi zen, hala ere, ez zen plaketan txirbil edo bestelako kalterik nabaritu (4A). Baina WCS proban, ukipen-tentsio nominala konstante mantentzeko indar normala handitu zenean, plaketatik txirbilak eta erorketak ikusi ziren (4V).
Irudia #4
Behaketa hauek lursailak berresten ditu (4S) konpresio-eremuaren eta txirbildutako plaken bolumenaren neurketak irristatze-luzeraren arabera (lagina diamantearen gainean proban).
Grafiko honek ere erakusten du WCLren kasuan ez dela txirrik sortzen nahiz eta irristatze distantzia WCSren kasuan baino handiagoa izan. Konprimitutako eta txirbildutako plaken ikuskapena 4V itsas trikuen hortzen autozorrozteko mekanismoa hobeto ulertzeko aukera ematen du.
Harriaren eremu konprimituaren eremua handitzen da plaka hausten den heinean, eta konprimitutako eremuaren zati bat kentzen da. [4B(iii-v)]. Mikroegiturazko ezaugarriek, hala nola, harriaren eta lauzaren arteko loturak errazten dute prozesu hori. Mikroskopiak frogatu du kalkuluko zuntzak tolestuta daudela eta hortzaren zati ganbila dauden plaken geruzetan zehar sartzen direla.
Taulan 4S plaka berria hortzetik askatzen denean jauzi bat dago txirbil-eremuaren bolumenean. Bitxia da une berean eskualde oblatuaren zabaleran beherakada nabarmena izatea (4D), autozorrozte prozesua adierazten duena.
Besterik gabe, esperimentu hauek erakutsi dute higadura-probetan karga normala (ez kritikoa) konstante mantentzen den bitartean, punta kamuts bihurtzen dela, hortza zorrotz geratzen den bitartean. Bihurtzen da trikuen hortzak zorroztu egiten direla erabileran, karga kritikoa gainditzen ez badu, bestela kalteak (txipak) gerta daitezke, eta ez zorrozten.
Irudia #5
Hortzen mikroegituren eginkizuna, haien propietateak eta autozorrozte-mekanismoari egiten dioten ekarpena ulertzeko, higadura-prozesuaren elementu finitu gabeko analisi bat egin da (5A). Horretarako, hortzaren puntaren luzetarako sekzio baten irudiak erabili ziren, harriz, plakaz, gilaz eta plaken eta harriz osatutako bi dimentsioko eredu baten oinarri izan zirenak.
ΠΠ·ΠΎΠ±ΡΠ°ΠΆΠ΅Π½ΠΈΡ 5B-5H Mises irizpidearen (plastikotasunaren irizpidea) sestra-lerroak dira harri eta lauzaren eremuaren ertzean. Hortz bat konprimitzen denean, kalkuluak deformazio biskoplastiko handiak jasaten ditu, kalteak metatzen ditu eta uzkurtu ("beratu") (5B ΠΈ 5C). Gehiago konpresio batek zizaila-banda bat eragiten du harrian, non deformazio plastiko eta kalte gehienak pilatzen diren, harriaren zati bat urratuz, substratuarekin zuzenean kontaktuan jarriz (5D). Eredu honetako harriaren zatiketa hori behaketa esperimentalei dagokie (zatitutako zatiak 3B (i)). Konpresioak plaken arteko delaminazioa ere eragiten du, interfazearen elementuak karga mistoa jasaten baitute, eta ondorioz, deskohesioa (peeling) sortzen da. Kontaktu-eremua handitzen den heinean, ukipen-tentsioak areagotu egiten dira, interfazean pitzaduraren hasiera eta hedapena eraginez (5B-5E). Plaken arteko itsasgarritasuna galtzeak kinka indartzen du, eta horrek kanpoko plaka askatzea eragiten du.
Marraskatzeak interfazearen kalteak areagotu egiten ditu, plaka(k) zatitzen direnean plaka kentzea eraginez (pitzadurak interfazetik aldentzen diren eta plaka barneratzen direnean, 5G). Prozesua aurrera doan heinean, plakaren zatiak hortzaren puntatik askatzen dira (5H).
Bitxia da simulazioak oso zehaztasunez aurreikusten duela harri- eta plaka-eskualdeetan txirringa, zientzialariek behaketetan jada nabaritu dutena (3B ΠΈ 5I).
Ikerketaren Γ±abardurak zehatzago ezagutzeko, begiratzea gomendatzen dut ΠΈ berari.
Epilogoa
Lan honek berretsi zuen berriro ere eboluzioa ez zela giza hortzen oso lagungarria. Serioski, beren ikerketan, zientzialariek itsas trikuen hortzen autozorrozteko mekanismoa zehatz-mehatz aztertu eta azaldu ahal izan zuten, hau da, hortzaren ezohiko egituran eta karga zuzenean oinarritzen dena. Trikuaren hortza estaltzen duten plakak karga jakin baten azpian zuritu egiten dira, hortza zorrotz mantentzeko aukera ematen duena. Baina horrek ez du esan nahi itsas trikuek harriak zapal ditzaketenik, karga-adierazle kritikoak iristen direnean hortzetan pitzadurak eta txirbilak sortzen direlako. Ematen du "boterea dago, ez da behar gogorik" printzipioak ez lukeela inolako onurarik ekarriko.
Pentsa liteke itsaso sakoneko biztanleen hortzak aztertzeak ez diola inolako onurarik ekartzen gizakiari, gizakiaren jakin-min aseezina asetzekoa izan ezik. Dena den, ikerketa honetan lortutako ezagutzak oinarri gisa balio dezake trikuen hortzen antzeko propietateak izango dituzten material mota berriak sortzeko -higadura-erresistentzia, material mailan autozorroztea kanpoko laguntzarik gabe eta iraunkortasuna-.
Dena den, naturak oraindik ezkutatu gabe dauzkagun sekretu asko gordetzen ditu. Lagungarriak izango al dira? Agian bai, agian ez. Baina batzuetan, ikerketa konplexuenetan ere, batzuetan ez da helmuga axola duena, bidaia bera baizik.
Ostirala off-top:
Alga erraldoien urpeko basoek itsas trikuak eta ezohiko ozeanoetako bizilagunak biltzeko leku gisa balio dute. (BBC Earth, off ahotsa - David Attenborough).
Eskerrik asko ikusteagatik, egon jakin-mina eta ondo pasa asteburua denoi! π
Eskerrik asko gurekin geratzeagatik. Gustuko dituzu gure artikuluak? Eduki interesgarri gehiago ikusi nahi? Lagun iezaguzu eskaera bat eginez edo lagunei gomendatuz, % 30eko deskontua Habr erabiltzaileentzat sarrera-mailako zerbitzarien analogo berezi batean, guk zuk asmatu duguna: (RAID1 eta RAID10-ekin erabilgarri, 24 nukleoraino eta 40 GB DDR4 arte).
Dell R730xd 2 aldiz merkeagoa? Hemen bakarrik Herbehereetan! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 $-tik aurrera! Irakurri buruz
Iturria: www.habr.com