Að tala um tennur í fólki tengist oftast tannskemmdum, axlaböndum og sadista í hvítum sloppum sem dreymir bara um að búa til perlur úr tönnunum. En brandara til hliðar, því án tannlækna og settra munnhirðureglna myndum við bara borða muldar kartöflur og súpu í gegnum strá. Og allt er þróuninni að kenna, sem gaf okkur langt frá endingargóðustu tennurnar, sem enn endurnýjast ekki, sem gleður líklega ólýsanlega forsvarsmenn tannlæknaiðnaðarins. Ef við tölum um tennur fulltrúa hins villta, þá koma strax upp í hugann glæsileg ljón, blóðþyrstir hákarlar og afar jákvæðar hýenur. En þrátt fyrir kraft og styrk kjálka þeirra eru tennur þeirra ekki eins ótrúlegar og ígulker. Já, þessi nálarkúla undir vatni, sem þú stígur á sem þú getur eyðilagt góðan hluta af fríinu þínu, er með nokkuð góðar tennur. Þeir eru auðvitað ekki margir, aðeins fimm, en þeir eru einstakir á sinn hátt og geta skerpt sig. Hvernig greindu vísindamenn slíkan eiginleika, hvernig fer þetta ferli nákvæmlega fram og hvernig getur það hjálpað fólki? Við lærum um þetta af skýrslu rannsóknarhópsins. Farðu.
Rannsóknargrundvöllur
Í fyrsta lagi er vert að kynnast aðalpersónu rannsóknarinnar - Strongylocentrotus fragilis, á mannamáli, með bleiku ígulkeri. Þessi tegund af ígulkerum er ekki mjög frábrugðin öðrum hliðstæðum sínum, að undanskildu fletari lögun á skautunum og töfrandi litur. Þeir lifa nokkuð djúpt (frá 100 m til 1 km), og þeir verða allt að 10 cm í þvermál.
"Beinagrind" ígulkera, sem sýnir fimm geisla samhverfu.
Ígulker eru, sama hversu dónalega það kann að hljóma, rétt og rangt. Þeir fyrrnefndu hafa næstum fullkomlega kringlótta líkamsform með áberandi fimm geisla samhverfu, en þeir síðarnefndu eru ósamhverfari.
Það fyrsta sem grípur augað þegar þú sérð ígulker eru fjaðrirnar sem þekja allan líkamann. Í mismunandi tegundum geta nálarnar verið frá 2 mm upp í 30 cm. Auk nálanna hefur líkaminn spheridia (jafnvægislíffæri) og pedicellaria (ferli sem líkjast töngum).
Allar fimm tennurnar sjást vel í miðjunni.
Til að sýna ígulker þarftu fyrst að standa á hvolfi, þar sem munnop þess er staðsett á neðri hluta líkamans, en hin götin eru á efri hlutanum. Munni ígulkera er útbúinn tyggjóbúnaði með fallegu fræðiheiti "lykt Aristótelesar" (það var Aristóteles sem fyrst lýsti þessu líffæri og bar það saman í lögun við forn, flytjanlega lukt). Þetta líffæri er búið fimm kjálkum, sem hver um sig endar í beittri tönn (aristótelíska luktin af rannsakaða bleika broddgeltinum er sýnd á mynd 1C hér að neðan).
Gert er ráð fyrir því að endingartími tanna ígulkera sé tryggður með stöðugri skerpingu þeirra, sem á sér stað með smám saman eyðingu steinefnanna tannplatna til að viðhalda skerpu fjarlæga yfirborðsins.
En hvernig fer þetta ferli nákvæmlega fram, hvaða tennur þarf að brýna og hverjar ekki og hvernig er þessi mikilvæga ákvörðun tekin? Vísindamenn hafa reynt að finna svör við þessum spurningum.
Niðurstöður rannsókna
Mynd #1
Áður en þú opinberar tannleyndarmál ígulkeranna skaltu íhuga uppbyggingu tanna þeirra almennt.
Á myndunum 1A-1S hetja rannsóknarinnar er sýnd - bleikt ígulker. Eins og önnur ígulker fá fulltrúar þessarar tegundar steinefni úr sjó. Meðal beinagrindarinnar eru tennurnar mjög steinefnabundnar (um 99%) með magnesíumbættu kalsíti.
Eins og við ræddum áðan nota broddgeltir tennurnar til að skafa mat. En fyrir utan þetta, með hjálp tanna sinna, grafa þeir sér holur, þar sem þeir fela sig fyrir rándýrum eða slæmu veðri. Í ljósi þessarar óvenjulegu notkunar á tönnum verða þær síðarnefndu að vera mjög sterkar og skarpar.
Á myndinni 1D Sýnd er örtölvusneiðmynd af hluta heilrar tönnar sem gerir það ljóst að tönnin er mynduð eftir sporöskjulaga feril með T-laga þversniði.
Þversnið af tönn (1E) sýnir að tönnin er samsett úr þremur byggingarsvæðum: aðal laminae, calculus area og secondary lamellae. Steinsvæðið samanstendur af trefjum með litlum þvermál, umkringt lífrænni skel. Trefjarnar eru huldar í fjölkristölluðu fylki sem samanstendur af magnesíumríkum kalsítögnum. Þvermál þessara agna er um 10-20 nm. Rannsakendur taka fram að styrkur magnesíums er ekki einsleitur um alla tönnina og eykst nær enda hennar, sem veitir aukið slitþol og hörku.
Lengdarsnið (1F) á tönninni sýnir eyðingu trefjanna, sem og aðskilnaðinn, sem verður vegna aflögunar á viðmóti trefjanna og lífrænu skelarinnar.
Aðal spónn eru venjulega samsett úr kalsít einkristöllum og eru staðsett á kúpt yfirborði tönnarinnar, en aukaspónn fyllir íhvolfa yfirborðið.
Á myndinni 1G hægt er að sjá fjölda bogadregna aðalplata sem liggja samsíða hver öðrum. Myndin sýnir einnig trefjar og fjölkristallað fylki sem fyllir rýmið á milli platanna. kjölur (1H) myndar grunn þverlægs T-kafla og eykur beygjustífleika tönnarinnar.
Þar sem við vitum hvaða uppbyggingu tönn bleika ígulkersins hefur, þurfum við nú að finna út vélræna eiginleika íhlutanna. Til þess voru gerðar þjöppunarprófanir með rafeindasmásjá og aðferð nanóinndrátt*. Sýni sem skorin voru meðfram lengdar- og þverstefnu tönnarinnar tóku þátt í nanómekanískum prófunum.
Nanóinndrátt* — athugun á efninu með því að draga inn í yfirborð sýnis sérstaks verkfæris — inndreginn.
Gagnagreining sýndi að meðalstuðull Young (E) og hörku (H) á tannoddinum í lengdar- og þverstefnu eru: EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (langs) og ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (þverskips).
Young's stuðull* - líkamlegt magn sem lýsir getu efnis til að standast spennu og þjöppun.
hörku* - eiginleikar efnisins til að standast innleiðingu traustari líkama (innrennslis).
Að auki voru gerðar innfellingar í lengdarstefnu með hringlaga viðbótarálagi til að búa til líkan af sveigjanlegum skemmdum fyrir steinsvæðið. Á 2A álagshreyfingarferillinn er sýndur.
Mynd #2
Stuðullinn fyrir hverja lotu var reiknaður út frá Oliver-Farr aðferðinni með því að nota losunargögn. Inndráttarloturnar sýndu eintóna lækkun á stuðli með aukinni inndráttardýpt (2V). Slík versnun á stirðleika skýrist af uppsöfnun skaða (2C) vegna óafturkræfra aflögunar. Það er athyglisvert að þróun þess þriðja á sér stað í kringum trefjarnar, en ekki í gegnum þær.
Vélrænni eiginleikar tannhlutanna voru einnig metnir með því að nota hálf-statískar þjöppunartilraunir á örsúlum. Einbeittur jónageisli var notaður til að búa til míkrómetra-stærðar stoðir. Til að meta styrk tengingarinnar milli aðalplatanna á kúptu hlið tönnarinnar voru örstólpar framleiddar með ská stefnu miðað við eðlilegt viðmót milli platanna (2D). Á myndinni 2E ördálkur með hallandi tengi er sýndur. Og á töflunni 2F niðurstöður skurðspennumælinga eru sýndar.
Vísindamenn taka eftir áhugaverðri staðreynd - mældur mýktarstuðull er næstum helmingur á við inndráttarpróf. Þetta misræmi á milli inndráttar- og þjöppunarprófa kemur einnig fram fyrir glerung tanna. Í augnablikinu eru nokkrar kenningar sem skýra þetta misræmi (frá umhverfisáhrifum við prófanir til mengunar sýna), en það er ekkert skýrt svar við spurningunni hvers vegna misræmið á sér stað.
Næsta skref í rannsókn á tönnum ígulkersins voru slitpróf sem gerðar voru með skanna rafeindasmásjá. Tönnin var límd á sérstakan haldara og þrýst á undirlag úr ofurnókristölluðum demanti (3A).
Mynd #3
Vísindamennirnir taka fram að útgáfa þeirra af slitprófinu er andstæða því sem venjulega er gert þegar demantsoddi er þrýst inn í undirlag efnisins sem verið er að rannsaka. Breytingar á slitprófunaraðferðinni gera kleift að skilja betur eiginleika örbygginga og tanníhluta.
Eins og við sjáum á myndunum, þegar mikilvægu álaginu er náð, byrja flísar að myndast. Það er þess virði að hafa í huga að kraftur „bits“ Aristótelíulyktunnar í ígulkerum er mismunandi eftir tegundum frá 1 til 50 newtons. Í prófuninni var beitt krafti frá hundruðum míkrónewtons upp í 1 newton, þ.e. frá 1 til 5 newtons fyrir alla Aristotelian luktina (þar sem tennurnar eru fimm).
Á myndinni 3B(i) litlar agnir (rauð ör) eru sýnilegar, myndaðar vegna slits á steinsvæðinu. Þegar steinasvæðið slitnar og dregst saman geta sprungur á snertifletinum milli platnanna myndast og breiðst út vegna þjöppunar-skurðarhleðslu og spennuuppbyggingar á svæði kalsítplatnanna. Skyndimyndir 3B(ii) и 3B(iii) sýna staðina þar sem brotin brotnuðu af.
Til samanburðar voru gerðar tvenns konar slittilraunir: með föstu álagi sem samsvarar byrjun uppskeru (WCL) og með föstu álagi sem samsvarar álagsstyrk (WCS). Í kjölfarið fengust tvö afbrigði af tannsliti.
Wear próf myndband:
Stig I
Stig II
Stig III
Stig IV
Þegar um var að ræða stöðugt álag í WCL prófinu sást samþjöppun á svæðinu, hins vegar varð ekki vart við neinar hnökrar eða aðrar skemmdir á plötunum (4A). En í WCS prófinu, þegar eðlilegur kraftur var aukinn til að halda nafnspennu snertispennu stöðugri, sást flís og fall út úr plötunum (4V).
Mynd #4
Þessar athuganir eru staðfestar af söguþræðinum (4S) mælingar á þjöppunarsvæðinu og rúmmáli flísaðra platna eftir rennalengd (sýni yfir demant meðan á prófun stendur).
Þetta línurit sýnir einnig að þegar um WCL er að ræða myndast engar flísar þó að rennivegalengdin sé meiri en þegar um WCS er að ræða. Skoðun á þjappuðum og flísuðum plötum fyrir 4V gerir þér kleift að skilja betur hvernig sjálfsslípandi tönnum ígulkerja er.
Flatarmál þjappaðs svæðis steinsins eykst þegar platan brotnar af, sem veldur því að hluti af þjappaða svæðinu er fjarlægður [4B(iii-v)]. Örbyggingareiginleikar eins og tengsl milli steins og hella auðvelda þetta ferli. Smásjárskoðun hefur sýnt að trefjar í tannsteini eru beygðar og komast í gegnum plötulögin í kúpta hluta tönnarinnar.
Á töflunni 4S það er stökk í rúmmáli flísaða svæðisins þegar nýja platan losnar frá tönninni. Það er forvitnilegt að á sama augnabliki er mikil lækkun á breidd oblate svæðisins (4D), sem gefur til kynna ferlið við sjálfsskerpu.
Einfaldlega sagt hafa þessar tilraunir sýnt að á meðan haldið er stöðugu eðlilegu (ekki mikilvægu) álagi meðan á slitprófum stendur, verður oddurinn bitur á meðan tönnin helst skörp. Það kemur í ljós að tennur broddgelta eru beittar meðan á notkun stendur, ef álagið fer ekki yfir það mikilvæga, annars geta skemmdir (flísar) orðið og ekki skerpt.
Mynd #5
Til að skilja hlutverk tannsmábygginga, eiginleika þeirra og framlag þeirra til sjálfsskerpukerfisins, var gerð ólínuleg endanlegur frumefnisgreining á slitferlinu (5A). Til þess voru notaðar myndir af lengdarsniði af oddinum á tönn sem var grunnur að tvívíðu líkani sem samanstóð af steini, plötum, kjöli og viðmótum milli plötur og steins.
Myndir 5B-5H eru útlínur af Mises-viðmiðinu (mýkingarviðmiði) við jaðar stein- og hellusvæðis. Þegar tönn er þjappað saman verður tannsteinninn fyrir miklum aflögun á sjónhimnu, safnast fyrir skemmdum og minnkar („flatnar“) (5B и 5C). Frekari þjöppun veldur klippubandi í steininum, þar sem mest af plastaflögun og skemmdum safnast fyrir, rífur hluta steinsins af og kemst í beina snertingu við undirlagið (5D). Slík sundrun steinsins í þessu líkani samsvarar tilraunaathugunum (klofin brot á 3B(i)). Þjöppun hefur einnig í för með sér aflögun á milli plötunnar þar sem tengiþættirnir verða fyrir blönduðu álagi sem leiðir til samloðunar (flögnunar). Eftir því sem snertiflöturinn stækkar eykst snertispennan, sem veldur því að sprunga á viðmótinu fer af stað og breiðist út (5B-5E). Tap á viðloðun milli plötunnar styrkir beygjuna, sem veldur því að ytri platan losnar.
Klópa eykur skaða á viðmóti sem leiðir til þess að platan er fjarlægð þegar platan/plöturnar klofnar (þar sem sprungur víkja frá viðmótinu og komast í gegnum plötuna, 5G). Þegar ferlið heldur áfram losna brot plötunnar frá oddinum á tönn (5H).
Það er forvitnilegt að uppgerðin spáir mjög nákvæmlega fyrir flísum á bæði stein- og plötusvæðum, sem vísindamenn hafa þegar tekið eftir við athuganir (3B и 5I).
Fyrir ítarlegri kynningu á blæbrigðum rannsóknarinnar mæli ég með að skoða и til hans.
Eftirmáli
Þessi vinna staðfesti enn og aftur að þróunin var ekki mjög stuðningur við tennur manna. Í alvöru, í rannsókn sinni gátu vísindamenn kannað í smáatriðum og útskýrt hvernig sjálfsskerpa tennur ígulkerja, sem byggist á óvenjulegri uppbyggingu tönnarinnar og réttu álagi á hana. Plöturnar sem hylja broddgeltartönnina flagna af við ákveðinn álag, sem gerir þér kleift að halda tönninni skörpum. En þetta þýðir ekki að ígulker geti mulið steina, því þegar mikilvægum álagsvísum er náð myndast sprungur og flís á tönnunum. Það kemur í ljós að meginreglan „það er kraftur, enginn hugur er þörf“ myndi vissulega ekki hafa neinn ávinning.
Maður gæti haldið að rannsókn á tönnum íbúa sjávardjúpsins skili manninum engum ávinningi, nema til að fullnægja óseðjandi forvitni manna. Hins vegar getur þekkingin sem aflað er í þessari rannsókn verið grundvöllur fyrir sköpun nýrra tegunda efna sem munu hafa eiginleika svipaða og tönn broddgelta - slitþol, sjálfslípun á efnisstigi án utanaðkomandi aðstoðar og endingu.
Hvað sem því líður þá geymir náttúran mörg leyndarmál sem við eigum eftir að opinbera. Munu þeir hjálpa? Kannski já, kannski ekki. En stundum, jafnvel í flóknustu rannsóknum, er það stundum ekki áfangastaðurinn sem skiptir máli, heldur ferðin sjálf.
Föstudagur off-top:
Neðansjávarskógar risaþörunga þjóna sem samkomustaður ígulkera og annarra óvenjulegra sjávarbúa. (BBC Earth, talsetning - David Attenborough).
Takk fyrir að horfa, vertu forvitin og eigið frábæra helgi allir! 🙂
Þakka þér fyrir að vera hjá okkur. Líkar þér við greinarnar okkar? Viltu sjá meira áhugavert efni? Styðjið okkur með því að leggja inn pöntun eða mæla með því við vini, 30% afsláttur fyrir Habr notendur á einstökum hliðstæðum upphafsþjónum, sem var fundið upp af okkur fyrir þig: (fáanlegt með RAID1 og RAID10, allt að 24 kjarna og allt að 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 sinnum ódýrari? Aðeins hér í Hollandi! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - frá $99! Lestu um
Heimild: www.habr.com