ვისი თმა უფრო ძლიერია: თმის მორფოლოგია

თმა თანამედროვე ადამიანისთვის სხვა არაფერია, თუ არა ვიზუალური თვითიდენტიფიკაციის ელემენტი, გამოსახულების და გამოსახულების ნაწილი. ამის მიუხედავად, კანის ამ რქოვან წარმონაქმნებს აქვთ რამდენიმე მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური ფუნქცია: დაცვა, თერმორეგულაცია, შეხება და ა.შ. რამდენად ძლიერია ჩვენი თმა? როგორც აღმოჩნდა, ისინი ბევრჯერ ძლიერები არიან ვიდრე სპილოს ან ჟირაფის თმა.

დღეს ჩვენ გავეცნობით კვლევას, რომელშიც კალიფორნიის უნივერსიტეტის (აშშ) მეცნიერებმა გადაწყვიტეს შეემოწმებინათ თმის სისქე და მისი სიძლიერე ცხოველთა სხვადასხვა სახეობებში, მათ შორის ადამიანებში. ვისი თმაა ყველაზე ძლიერი, რა მექანიკური თვისებები აქვს თმის სხვადასხვა ტიპს და როგორ შეიძლება ეს კვლევა დაეხმაროს ახალი ტიპის მასალების განვითარებას? ამის შესახებ მეცნიერთა მოხსენებიდან ვიგებთ. წადი.

კვლევის საფუძველი

თმა, რომელიც ძირითადად შედგება ცილოვანი კერატინისაგან, არის ძუძუმწოვრების კანის რქოვანი წარმონაქმნი. სინამდვილეში, თმა, მატყლი და ბეწვი სინონიმებია. თმის სტრუქტურა შედგება კერატინის ფირფიტებისგან, რომლებიც ერთმანეთზე გადახურულია, როგორც დომინოს ერთმანეთზე დაცემა. თითოეულ თმას აქვს სამი ფენა: კუტიკულა არის გარე და დამცავი ფენა; ქერქი - ქერქი, რომელიც შედგება წაგრძელებული მკვდარი უჯრედებისგან (მნიშვნელოვანია თმის სიძლიერისა და ელასტიურობისთვის, განსაზღვრავს მის ფერს მელანინის გამო) და მედულა - თმის ცენტრალური ფენა, რომელიც შედგება რბილი კერატინის უჯრედებისა და ჰაერის ღრუებისგან. მონაწილეობს საკვები ნივთიერებების სხვა ფენებში გადაცემაში.

თუ თმა ვერტიკალურად იყოფა, ვიღებთ კანქვეშა მონაკვეთს (ლილი) და კანქვეშა ნაწილს (ბოლქვი ან ფესვი). ბოლქვი გარშემორტყმულია ფოლიკულით, რომლის ფორმა განსაზღვრავს თავად თმის ფორმას: მრგვალი ფოლიკული სწორია, ოვალური ფოლიკული ოდნავ ხვეული, თირკმლის ფორმის ფოლიკული ხვეული.

ბევრი მეცნიერი ვარაუდობს, რომ ადამიანის ევოლუცია იცვლება ტექნოლოგიური პროგრესის გამო. ანუ, ზოგიერთი ორგანო და სტრუქტურა ჩვენს ორგანიზმში თანდათან ხდება რუდიმენტული – ისინი, რომლებმაც დაკარგეს დანიშნულება. სხეულის ეს ნაწილები მოიცავს სიბრძნის კბილებს, აპენდიქსს და სხეულის თმას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მეცნიერებს მიაჩნიათ, რომ დროთა განმავლობაში ეს სტრუქტურები უბრალოდ გაქრება ჩვენი ანატომიიდან. მართალია თუ არა ეს, ძნელი სათქმელია, მაგრამ ბევრი ჩვეულებრივი ადამიანისთვის, მაგალითად, სიბრძნის კბილები ასოცირდება სტომატოლოგთან მისვლასთან მათი გარდაუვალი ამოღების მიზნით.

როგორც არ უნდა იყოს, ადამიანს თმა სჭირდება, ის შეიძლება აღარ თამაშობდეს სასიცოცხლო როლს თერმორეგულაციაში, მაგრამ მაინც ესთეტიკის განუყოფელი ნაწილია. იგივე შეიძლება ითქვას მსოფლიო კულტურაზეც. ბევრ ქვეყანაში, უხსოვარი დროიდან, თმა ითვლებოდა ყველა სიძლიერის წყაროდ და მისი შეჭრა დაკავშირებული იყო ჯანმრთელობის შესაძლო პრობლემებთან და ცხოვრებაში წარუმატებლობასთან. თმის წმინდა მნიშვნელობა გადავიდა ძველი ტომების შამანური რიტუალებიდან უფრო თანამედროვე რელიგიებში, მწერლების, მხატვრებისა და მოქანდაკეების ნამუშევრებში. კერძოდ, ქალის სილამაზე ხშირად მჭიდრო კავშირში იყო საყვარელი ქალბატონების თმის გარეგნობასთან ან გამოსახულებასთან (მაგალითად, ნახატებში).

დააკვირდით, რამდენად დეტალურად არის გამოსახული ვენერას თმა (სანდრო ბოტიჩელი, „ვენერას დაბადება“, 1485 წ.).

მოდით, თავი დავანებოთ თმის კულტურულ და ესთეტიკურ ასპექტს და დავიწყოთ მეცნიერთა კვლევის განხილვა.

თმა, ამა თუ იმ ფორმით, გვხვდება ძუძუმწოვართა მრავალ სახეობაში. თუ ადამიანებისთვის ისინი აღარ არიან ისეთი მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური თვალსაზრისით, მაშინ ცხოველთა სამყაროს სხვა წარმომადგენლებისთვის ბამბა და ბეწვი სასიცოცხლო ატრიბუტია. ამავდროულად, მათი ძირითადი სტრუქტურის მიხედვით, ადამიანის თმა და, მაგალითად, სპილოს თმა ძალიან ჰგავს, თუმცა არის განსხვავებები. მათგან ყველაზე აშკარა არის ზომები, რადგან სპილოს თმა გაცილებით სქელია, ვიდრე ჩვენი, მაგრამ, როგორც აღმოჩნდა, არ არის უფრო ძლიერი.

მეცნიერები საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში სწავლობდნენ თმასა და მატყლს. ამ სამუშაოების შედეგები განხორციელდა როგორც კოსმეტოლოგიასა და მედიცინაში, ასევე მსუბუქ მრეწველობაში (ან, როგორც ცნობილი კალუგინა L.P. იტყოდა: ”მსუბუქი ინდუსტრია”), უფრო ზუსტად კი ტექსტილში. გარდა ამისა, თმის შესწავლამ დიდად შეუწყო ხელი კერატინის საფუძველზე ბიომასალის შემუშავებას, რომელიც გასული საუკუნის დასაწყისში მათ ისწავლეს ცაცხვის გამოყენებით ცხოველის რქებიდან გამოყოფა.

ამგვარად მიღებული კერატინი გამოიყენებოდა გელების შესაქმნელად, რომლებიც შეიძლება გაძლიერდეს ფორმალდეჰიდის დამატებით. მოგვიანებით მათ ისწავლეს კერატინის გამოყოფა არა მხოლოდ ცხოველების რქებიდან, არამედ მათი ბეწვისგან, ასევე ადამიანის თმისგან. კერატინზე დაფუძნებულმა ნივთიერებებმა გამოიყენეს კოსმეტიკაში, კომპოზიტებში და ტაბლეტების საფარებშიც კი.

დღესდღეობით, გამძლე და მსუბუქი მასალების შესწავლისა და წარმოების ინდუსტრია სწრაფად ვითარდება. თმა, ბუნებრივია, არის ერთ-ერთი ბუნებრივი მასალა, რომელიც შთააგონებს ამ სახის კვლევას. განვიხილოთ მატყლისა და ადამიანის თმის დაჭიმვის ძალა, რომელიც მერყეობს 200-დან 260 მპა-მდე, რაც უდრის 150-200 მპა/მგ მ-3 სპეციფიკურ სიძლიერეს. და ეს თითქმის შედარებულია ფოლადთან (250 მპა / მგ მ-3).

თმის მექანიკური თვისებების ფორმირებაში მთავარ როლს ასრულებს მისი იერარქიული სტრუქტურა, რომელიც მოგვაგონებს მატრიოშკას თოჯინას. ამ სტრუქტურის ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტია კორტიკალური უჯრედების შიდა ქერქი (დიამეტრი დაახლოებით 5 μm და სიგრძე 100 μm), რომელიც შედგება დაჯგუფებული მაკროფიბრილებისგან (დიამეტრი დაახლოებით 0.2-0.4 μm), რომლებიც, თავის მხრივ, შედგება შუალედური ძაფებისგან (7.5 ნმ). დიამეტრით), ჩართულია ამორფულ მატრიცაში.

თმის მექანიკური თვისებები, მისი მგრძნობელობა ტემპერატურის, ტენიანობის და დეფორმაციის მიმართ არის ქერქის ამორფული და კრისტალური კომპონენტების ურთიერთქმედების პირდაპირი შედეგი. ადამიანის თმის ქერქის კერატინის ბოჭკოებს, როგორც წესი, აქვთ მაღალი დრეკადობა, 40%-ზე მეტი დაჭიმვით.

ასეთი მაღალი ღირებულება განპირობებულია სტრუქტურის გაფუჭებით а-კერატინი და ზოგიერთ შემთხვევაში მისი ტრანსფორმაცია b-კერატინი, რაც იწვევს სიგრძის ზრდას (0.52 ნმ სპირალის სრული შემობრუნება კონფიგურაციაში 1.2 ნმ-მდეა გადაჭიმული. b). ეს არის ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი, რის გამოც მრავალი კვლევა ფოკუსირებულია კონკრეტულად კერატინს, რათა ხელახლა შეიქმნას იგი სინთეზური ფორმით. მაგრამ თმის გარე ფენა (კუტიკულა), როგორც უკვე ვიცით, შედგება ფირფიტებისაგან (0.3–0.5 მიკრონი სისქით და 40–60 მიკრონი სიგრძით).

Ранее ученые уже проводили исследование механических свойств волос людей из разных возрастных и этнических групп. В данном же труде акцент был поставлен на изучении разницы механических свойств волос разных видов животных, а именно: человек, лошадь, медведь, кабан, капибара, пекари, жираф и слон.

კვლევის შედეგები

სურათი #1: ადამიანის თმის მორფოლოგია (А - კუტიკულა; В - ქერქის მოტეხილობა; აჩვენებს ბოჭკოების ბოლოებს, С — რღვევის ზედაპირი, სადაც ჩანს სამი ფენა; D - ქერქის გვერდითი ზედაპირი, რომელიც აჩვენებს ბოჭკოების გახანგრძლივებას).

ზრდასრული ადამიანის თმის დიამეტრი დაახლოებით 80-100 მიკრონია. ნორმალური თმის მოვლის შემთხვევაში, მათი გარეგნობა საკმაოდ ჰოლისტიკურია (1A). ადამიანის თმის შიდა კომპონენტია ბოჭკოვანი ქერქი. დაჭიმვის ტესტის შემდეგ, აღმოჩნდა, რომ ადამიანის თმის კუტიკულა და ქერქი სხვაგვარად იშლებოდა: კუტიკულა, როგორც წესი, აბრაზიულად იშლებოდა (დაჭყლეტილი), ხოლო ქერქის კერატინის ბოჭკოები მოიშორეს და ამოიღეს მთლიანი სტრუქტურიდან (1V).

Სურათში 1S კუტიკულის მყიფე ზედაპირი აშკარად ჩანს ფენების ვიზუალიზაციით, რომლებიც გადახურულია კუტიკულის ფირფიტებით და აქვთ 350-400 ნმ სისქე. მოტეხილობის ზედაპირზე დაფიქსირებული დელიმინაცია, ისევე როგორც ამ ზედაპირის მყიფე ბუნება, მიუთითებს სუსტ ინტერფეისულ კომუნიკაციას კუტიკულასა და ქერქს შორის და ბოჭკოებს შორის ქერქში.

ქერქის კერატინის ბოჭკოები იყო აქერცლილი (1D). ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ბოჭკოვანი ქერქი პირველ რიგში პასუხისმგებელია თმის მექანიკურ სიმტკიცეზე.

სურათი No2: ცხენის თმის მორფოლოგია (А - კუტიკულა, რომლის ზოგიერთი ფირფიტა ოდნავ გადახრილია მოუვლის გამო; В - რღვევის გამოჩენა; С — ქერქის გახეთქვის დეტალები, სადაც მოწყვეტილი კუტიკულა ჩანს; D - კუტიკულის დეტალები).

ცხენის თმის სტრუქტურა ადამიანის თმის მსგავსია, გარდა დიამეტრისა, რომელიც 50%-ით დიდია (150 მიკრონი). Სურათში 2A თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ კუტიკულის აშკარა დაზიანება, სადაც ბევრი ფირფიტა არ არის ისე მჭიდროდ დაკავშირებული ლილვთან, როგორც ეს იყო ადამიანის თმაში. ცხენის თმის შეწყვეტის ადგილი შეიცავს როგორც ნორმალურ შესვენებას, ასევე თმის ცვენას (კუტიკულის ფირფიტების დაშლა). ჩართულია 2V ორივე სახის დაზიანება ჩანს. იმ ადგილებში, სადაც ლამელები მთლიანად მოწყვეტილია, კუტიკულასა და ქერქს შორის ინტერფეისი ჩანს (2S). რამდენიმე ბოჭკო იყო დახეული და დაშლილი ინტერფეისზე. ამ დაკვირვებების შედარება წინა დაკვირვებებთან (ადამიანის თმასთან), ასეთი წარუმატებლობები მიუთითებს იმაზე, რომ ცხენის თმა არ განიცდიდა იმდენ სტრესს, როგორც ადამიანის თმას, როდესაც ქერქის ბოჭკოები იყო ამოღებული და მთლიანად მოწყვეტილი კუტიკულიდან. ასევე ჩანს, რომ ზოგიერთი ფირფიტა ჩამოშორდა ღეროს, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს დაჭიმვის სტრესით (2D).

სურათი #3: დათვის თმის მორფოლოგია (А - კუტიკულა; В - დაზიანება ორ წერტილში, რომელიც დაკავშირებულია რღვევის ზონასთან; С - კუტიკულის დაბზარვა ქერქში ბოჭკოების დაშლასთან ერთად; D - ბოჭკოების სტრუქტურის დეტალები, ზოგადი სტრუქტურიდან რამდენიმე წაგრძელებული ბოჭკო ჩანს).

დათვის თმის სისქე 80 მიკრონია. კუტიკულის ფირფიტები უკიდურესად მჭიდროდ არის მიმაგრებული ერთმანეთზე (3A), ზოგიერთ რაიონში კი ძნელია ცალკეული ფირფიტების გარჩევა. ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს თმის ხახუნით მეზობელებთან. დაძაბულობის პირობებში, ეს თმები ფაქტიურად იშლება გრძელი ბზარების გამოჩენით (ჩასმული 3B), რაც მიუთითებს იმაზე, რომ დაზიანებული კუტიკულის სუსტი დამაკავშირებელი ეფექტით, ქერქის კერატინის ბოჭკოები ადვილად იშლება. ქერქის დაშლა იწვევს კუტიკულის რღვევას, რასაც მოწმობს შესვენების ზიგზაგის ნიმუში (3S). ეს დაძაბულობა იწვევს ზოგიერთი ბოჭკოს გამოყვანას ქერქიდან (3D).

სურათი No. 4: ღორის თმის მორფოლოგია (А - ჩვეულებრივი ბრტყელი თმის მოტეხილობა; В - კუტიკულის სტრუქტურა აჩვენებს ფირფიტების მთლიანობის (დაჯგუფების) ცუდ მდგომარეობას; С - კუტიკულასა და ქერქს შორის ინტერფეისის უფსკრულის დეტალები; D - მთლიანი მასისგან წაგრძელებული ბოჭკოები და ამობურცული ბოჭკოები).

ღორის თმა საკმაოდ სქელია (230 მმ), განსაკუთრებით დათვის თმასთან შედარებით. დაზიანებული ღორის თმის ცვენა საკმაოდ მკაფიოდ გამოიყურება (4A) დაჭიმვის დაძაბულობის მიმართულების პერპენდიკულარული.

შედარებით პატარა ღია კუტიკულის ფირფიტები ამოხეთქილი იყო თმის ძირითადი ნაწილიდან მათი კიდეების დაჭიმვის გამო (4V).

განადგურების ზონის ზედაპირზე აშკარად ჩანს ბოჭკოების დაშლა, ასევე ნათელია, რომ ისინი ძალიან მჭიდროდ იყვნენ დაკავშირებული ერთმანეთთან ქერქის შიგნით (4S). მხოლოდ ბოჭკოები ქერქსა და კუტიკულს შორის შუალედში იყო გამოკვეთილი გამოყოფის გამო (4D), რამაც გამოავლინა სქელი კორტიკალური ფიბრილების არსებობა (დიამეტრის 250 ნმ). ზოგიერთი ფიბრილი ოდნავ წამოიწია დეფორმაციის გამო. ისინი სავარაუდოდ ემსახურებიან ღორის თმის გამაძლიერებელ აგენტს.

სურათი #5: სპილოების თმის მორფოლოგია (А - С) და ჟირაფი (D - F). А - კუტიკულა; В - ეტაპობრივი თმის შეჭრა; С - თმის შიგნით არსებული სიცარიელე მიუთითებს იმაზე, თუ სად იყო ბოჭკოები ამოხეთქილი. D - კუტიკულური ფირფიტები; Е - თმის ცვენაც კი; F - მოტეხილობის არეში ზედაპირიდან მოწყვეტილი ბოჭკოები.

პატარა სპილოს თმის სისქე შეიძლება იყოს დაახლოებით 330 მიკრონი, ხოლო ზრდასრულში შეიძლება მიაღწიოს 1.5 მმ-ს. ზედაპირზე ფირფიტების გარჩევა რთულია (5A).სპილოს თმაც მიდრეკილია ნორმალური რღვევისკენ, ე.ი. სუფთა დაჭიმვის მოტეხილობამდე. უფრო მეტიც, მოტეხილობის ზედაპირის მორფოლოგია აჩვენებს საფეხუროვან იერს (5V), შესაძლოა თმის ქერქში მცირე დეფექტების არსებობის გამო. ზოგიერთი პატარა ხვრელი ასევე ჩანს მოტეხილობის ზედაპირზე, სადაც გამაძლიერებელი ფიბრილები სავარაუდოდ მდებარეობდა დაზიანებამდე (5S).

ჟირაფის თმაც საკმაოდ სქელია (370 მიკრონი), თუმცა კუტიკულის ფირფიტების განლაგება არც ისე მკაფიოა (5D). ითვლება, რომ ეს გამოწვეულია მათი დაზიანებით სხვადასხვა გარემო ფაქტორებით (მაგალითად, ხახუნის ხეებთან კვების დროს). მიუხედავად განსხვავებებისა, ჟირაფის თმის ცვენა სპილოს თმის შეჭრის მსგავსი იყო (5F).

სურათი No. 6: კაპიბარას თმის მორფოლოგია (А - ფირფიტების ორმაგი კუტიკულური სტრუქტურა; В — ორმაგი სტრუქტურის რღვევა; С - ბოჭკოები რღვევის საზღვრის მახლობლად გამოიყურება მყიფე და ხისტი; D - წაგრძელებული ბოჭკოები ორმაგი სტრუქტურის რღვევის ზონიდან).

კაპიბარას და პეკარის თმა განსხვავდება ყველა სხვა შესწავლილი თმისგან. კაპიბარაში მთავარი განსხვავებაა ორმაგი კუტიკულის კონფიგურაციის და თმის ოვალური ფორმის არსებობა (6A). ღარი თმის ორ სარკისებრ ნაწილს შორის აუცილებელია ცხოველის ბეწვიდან წყლის უფრო სწრაფად მოსაშორებლად, ასევე უკეთესი ვენტილაციისთვის, რაც საშუალებას აძლევს მას უფრო სწრაფად გაშრეს. დაჭიმვისას თმა ორ ნაწილად იყოფა ღარის გასწვრივ და თითოეული ნაწილი ნადგურდება (6V). ქერქის ბევრი ბოჭკო გამოყოფილი და დაჭიმულია (6S и 6D).

სურათი #7: პეკირის თმის მორფოლოგია (А - კუტიკულის სტრუქტურა და გახეთქვის ადგილი; В — ქერქის განადგურების მორფოლოგია და მისი სტრუქტურის დეტალები; С - დახურული უჯრედები (დიამეტრის 20 მიკრონი), რომელთა კედლები შედგება ბოჭკოებისგან; D - უჯრედის კედლები).

პეკარები (ოჯახი Tayassuidae, ე.ი. პეკარი) თმას აქვს ფოროვანი ქერქი, ხოლო კუტიკულის ფენას არ აქვს მკაფიო ფირფიტები (7A). თმის ქერქი შეიცავს დახურულ უჯრედებს ზომით 10-30 მიკრონი.7V), რომლის კედლები შედგება კერატინის ბოჭკოებისგან (7S). ეს კედლები საკმაოდ ფოროვანია და ერთი ფორის ზომაა დაახლოებით 0.5-3 მიკრონი.7D).

როგორც სურათზე ხედავთ 7A, ბოჭკოვანი ქერქის საყრდენის გარეშე, კუტიკულა ბზარი იშლება გატეხვის ხაზის გასწვრივ და ზოგან ბოჭკოები ამოღებულია. თმის ეს სტრუქტურა აუცილებელია იმისათვის, რომ თმა უფრო ვერტიკალური იყოს, ვიზუალურად გაზარდოს ცხოველის ზომა, რაც შეიძლება იყოს პეკარის დამცავი მექანიზმი. პეკარის თმა საკმაოდ კარგად ეწინააღმდეგება შეკუმშვას, მაგრამ არ უმკლავდება დაჭიმვას.

გაიგეს სხვადასხვა ცხოველის თმის სტრუქტურული თავისებურებები, აგრეთვე მათი სახის დაზიანება დაძაბულობის გამო, მეცნიერებმა დაიწყეს მექანიკური თვისებების აღწერა.

სურათი No. 8: დეფორმაციის დიაგრამა თითოეული თმის ტიპისთვის და ექსპერიმენტული დაყენების დიაგრამა მონაცემების მისაღებად (დაჭიმვის სიჩქარე 10-2 s-1).

როგორც ზემოთ მოყვანილი გრაფიკიდან ჩანს, ცხოველთა სხვადასხვა სახეობის თმის გაჭიმვაზე რეაქცია საკმაოდ განსხვავებული იყო. ამრიგად, ადამიანის, ცხენის, ღორისა და დათვის თმამ აჩვენა მატყლის (არა სხვისი, არამედ ტექსტილის მასალის) რეაქცია.

შედარებით მაღალი დრეკადობის მოდულზე 3.5-5 GPa, მრუდები შედგება წრფივი (ელასტიური) რეგიონისგან, რასაც მოჰყვება პლატო ნელა მზარდი სტრესით 0.20-0.25 დაძაბვამდე, რის შემდეგაც გამკვრივების სიჩქარე მნიშვნელოვნად იზრდება მანამ, სანამ წარუმატებლობის შტამი 0.40. პლატოს ტერიტორია განტვირთვას გულისხმობს а-კერატინის შუალედური ძაფების ხვეული სტრუქტურა, რომელიც ზოგიერთ შემთხვევაში შეიძლება (ნაწილობრივ) გარდაიქმნას b-ფურცლები (ბრტყელი სტრუქტურები). სრული განტვირთვა იწვევს 1.31 დეფორმაციას, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება ამ ეტაპის ბოლოს (0.20–0.25).

სტრუქტურის კრისტალური ძაფის მსგავსი ნაწილი გარშემორტყმულია ამორფული მატრიცით, რომელიც არ გარდაიქმნება. ამორფული ნაწილი შეადგენს მთლიანი მოცულობის დაახლოებით 55%-ს, მაგრამ მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ შუალედური ძაფების დიამეტრი არის 7 ნმ და რომ ისინი გამოყოფილია 2 ნმ ამორფული მასალით. ასეთი ზუსტი ინდიკატორები იქნა მიღებული წინა კვლევებში.

დეფორმაციის გამკვრივების სტადიის დროს სრიალი ხდება კორტიკალურ ბოჭკოებს შორის, ასევე მცირე სტრუქტურულ ელემენტებს შორის, როგორიცაა მიკროფიბრილები, შუალედური ძაფები და ამორფული მატრიცა.

ჟირაფის, სპილოსა და პეკირის თმას ავლენს შედარებით წრფივი გამკვრივების რეაქცია, მკაფიო განსხვავება პლატოებსა და სწრაფი გამკვრივების რეგიონებს შორის (მწვერვალები). ელასტიურობის მოდული შედარებით დაბალია და არის დაახლოებით 2 GPa.

სხვა სახეობებისგან განსხვავებით, კაპიბარას თმა ავლენს რეაქციას, რომელიც ხასიათდება სწრაფი გამკვრივებით, თანმიმდევრული სტრესების გამოყენებისას. ეს დაკვირვება დაკავშირებულია კაპიბარას თმის უჩვეულო აგებულებასთან, უფრო სწორედ ორი სიმეტრიული ნაწილის და მათ შორის გრძივი ღართან.

უკვე ჩატარდა წინა კვლევები, რომლებიც მიუთითებდნენ, რომ იანგის მოდული (გრძივი ელასტიური მოდული) მცირდება თმის დიამეტრის მატებასთან ერთად ცხოველთა სხვადასხვა სახეობებში. ამ სამუშაოებმა აღნიშნეს, რომ პეკარის იანგის მოდული მნიშვნელოვნად დაბალია სხვა ცხოველებთან შედარებით, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს მისი თმის სტრუქტურის ფორიანობით.

ასევე საინტერესოა, რომ პეკარებს თმაზე შავი და თეთრი ადგილები აქვთ (ორფერი). დაჭიმვის რღვევები ყველაზე ხშირად ხდება თმის თეთრ არეში. შავი ზონის გაზრდილი წინააღმდეგობა განპირობებულია მელანოსომების არსებობით, რომლებიც გვხვდება ექსკლუზიურად შავ თმაში.

ყველა ეს დაკვირვება მართლაც უნიკალურია, მაგრამ მთავარი კითხვა რჩება: აქვს თუ არა თმის ზომები როლს მის სიძლიერეში?

თუ ძუძუმწოვრების თმას აღვწერთ, შეგვიძლია გამოვყოთ მკვლევარებისთვის ცნობილი ძირითადი ფაქტები:

• თმის უმეტეს ტიპებში ის უფრო სქელია ცენტრალურ ნაწილში და იკეცება ბოლოსკენ; გარეული ცხოველების ბეწვი უფრო სქელია მათი ჰაბიტატის გამო;
• ერთი სახეობის თმების დიამეტრის ცვალებადობა მიუთითებს იმაზე, რომ თმის უმეტესობის სისქე იცვლება ცხოველის მოცემული სახეობის ზოგადი სისქის დიაპაზონში. თმების სისქე შეიძლება განსხვავდებოდეს ერთი და იმავე სახეობის სხვადასხვა წარმომადგენელს შორის, მაგრამ რა გავლენას ახდენს ამ განსხვავებაზე, ჯერჯერობით უცნობია;
• ძუძუმწოვართა სხვადასხვა სახეობას განსხვავებული თმის სისქე აქვს (რაც არ უნდა ჟღერდეს კლიშე).

ამ საჯაროდ ხელმისაწვდომი ფაქტებისა და ექსპერიმენტების დროს მიღებული მონაცემების შეჯამებით, მეცნიერებმა შეძლეს ყველა შედეგის შედარება, რათა ჩამოეყალიბებინათ ურთიერთობა თმის სისქესა და მის სიძლიერეს შორის.

სურათი No. 9: თმის სისქესა და მის სიძლიერეს შორის ურთიერთობა ცხოველთა სხვადასხვა სახეობებში.

თმის დიამეტრისა და გაფართოების განსხვავებების გამო, მეცნიერებმა გადაწყვიტეს დაენახათ, შეიძლებოდა თუ არა მათი დაძაბულობის პროგნოზირება ვეიბულის სტატისტიკის საფუძველზე, რომელიც კონკრეტულად ასახავს განსხვავებებს ნიმუშის ზომასა და შედეგად მიღებული დეფექტის ზომაში.

ვარაუდობენ, რომ თმის სეგმენტი მოცულობით V состоит из n მოცულობის ელემენტები და თითოეული ერთეული მოცულობა V0 აქვს დეფექტების მსგავსი განაწილება. ყველაზე სუსტი ბმულის ვარაუდის გამოყენებით, მოცემულ ძაბვის დონეზე σ შანსი P თმის მოცემული სეგმენტის მთლიანობის შენარჩუნება მოცულობით V შეიძლება გამოიხატოს, როგორც მოცულობის თითოეული ელემენტის მთლიანობის შენარჩუნების დამატებითი ალბათობის პროდუქტი, კერძოდ:

P(V) = P(V0) · P(V0)… · P(V0) = · P(V0)n

სად არის მოცულობა V შეიცავს n მოცულობის ელემენტებს V0. ძაბვის მატებასთან ერთად P(V) ბუნებრივად მცირდება.

ვეიბულის ორი პარამეტრიანი განაწილების გამოყენებით, მთლიანი მოცულობის წარუმატებლობის ალბათობა შეიძლება გამოიხატოს როგორც:

1 - P = 1 - ექსპლუატაცია [ -V/V0 · (σ/σ0)მ]

სადაც σ - გამოყენებული ძაბვა, σ0 არის დამახასიათებელი (მინიშნება) სიძლიერე და m - ვეიბულის მოდული, რომელიც არის თვისების ცვალებადობის საზომი. აღსანიშნავია, რომ განადგურების ალბათობა იზრდება ნიმუშის ზომის გაზრდით V მუდმივი ძაბვის დროს σ.

სქემაზე 9A ნაჩვენებია ადამიანისა და კაპიბარას თმისთვის ექსპერიმენტული მარცხის სტრესების ვეიბულის განაწილება. სხვა სახეობებისთვის მოსახვევები იწინასწარმეტყველეს #2 ფორმულის გამოყენებით m იგივე მნიშვნელობით, როგორც ადამიანის თმისთვის (m = 0.11).

გამოყენებული საშუალო დიამეტრი იყო: ღორი - 235 μm, ცხენი - 200 μm, პეკირი - 300 μm, დათვი - 70 μm, სპილოს თმა - 345 μm და ჟირაფი - 370 μm.

გამომდინარე იქიდან, რომ რღვევის სტრესი შეიძლება განისაზღვროს P(V) = 0.5, ეს შედეგები მიუთითებს, რომ მარცხის სტრესი მცირდება თმის დიამეტრის ზრდასთან ერთად სახეობებში.

სქემაზე 9V აჩვენებს რღვევის სავარაუდო სტრესებს მარცხის 50% ალბათობით (P(V) = 0.5) და საშუალო ექსპერიმენტული რღვევის ძაბვა სხვადასხვა სახეობებისთვის.

ცხადი ხდება, რომ თმის დიამეტრის მატებასთან ერთად 100-დან 350 მმ-მდე იზრდება მისი მსხვრევის ძაბვა 200-250 მპა-დან 125-150 მპა-მდე. ვეიბულის განაწილების სიმულაციის შედეგები შესანიშნავად შეესაბამება დაკვირვების რეალურ შედეგებს. ერთადერთი გამონაკლისი არის პეკირის თმა, რადგან ის უკიდურესად ფოროვანია. პეკირის თმის რეალური სიმტკიცე უფრო დაბალია, ვიდრე ვეიბულის განაწილების მოდელირებით ნაჩვენები.

კვლევის ნიუანსების უფრო დეტალური გაცნობისთვის გირჩევთ ნახოთ მეცნიერები იუწყებიან и დამატებითი მასალები მას.

ეპილოგი

ზემოაღნიშნული დაკვირვების მთავარი დასკვნა არის ის, რომ სქელი თმა არ არის ძლიერი თმის ექვივალენტი. მართალია, როგორც თავად მეცნიერები ამბობენ, ეს განცხადება არ არის ათასწლეულის აღმოჩენა, რადგან მსგავსი დაკვირვებები გაკეთდა ლითონის მავთულის შესწავლისას. აქ საქმე ფიზიკაში, მექანიკაში ან ბიოლოგიაში კი არ არის, არამედ სტატისტიკაში - რაც უფრო დიდია ობიექტი, მით მეტია დეფექტების სფერო.

მეცნიერები თვლიან, რომ ნამუშევარი, რომელიც დღეს განვიხილეთ, დაეხმარება მათ კოლეგებს ახალი სინთეზური მასალების შექმნაში. მთავარი პრობლემა ის არის, რომ მიუხედავად თანამედროვე ტექნოლოგიების განვითარებისა, მათ ჯერ კიდევ არ შეუძლიათ ადამიანის ან სპილოს თმის მსგავსის შექმნა. ყოველივე ამის შემდეგ, რაღაც ისეთი პატარას შექმნა უკვე გამოწვევაა, რომ აღარაფერი ვთქვათ მის რთულ სტრუქტურაზე.

როგორც ვხედავთ, ამ კვლევამ აჩვენა, რომ არა მხოლოდ ობობის აბრეშუმი იმსახურებს მეცნიერთა ყურადღების მიქცევას, როგორც მომავალი ულტრა ძლიერი და ულტრა მსუბუქი მასალების შთაგონებას, არამედ ადამიანის თმასაც შეუძლია გააოცოს თავისი მექანიკური თვისებებითა და საოცარი სიძლიერით.

გმადლობთ, რომ კითხულობთ, იყავით ცნობისმოყვარეები და კარგი კვირა გქონდეთ ბიჭებო. 🙂

რამდენიმე რეკლამა 🙂

გმადლობთ, რომ დარჩით ჩვენთან. მოგწონთ ჩვენი სტატიები? გსურთ ნახოთ უფრო საინტერესო შინაარსი? მხარი დაგვიჭირეთ შეკვეთის განთავსებით ან მეგობრებისთვის რეკომენდაციით, ღრუბელი VPS დეველოპერებისთვის 4.99 დოლარიდან, საწყისი დონის სერვერების უნიკალური ანალოგი, რომელიც ჩვენ მიერ გამოგონილია თქვენთვის: მთელი სიმართლე VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps 19$-დან ან როგორ გავაზიარო სერვერი? (ხელმისაწვდომია RAID1 და RAID10-ით, 24 ბირთვამდე და 40 გბ-მდე DDR4).

Dell R730xd 2-ჯერ იაფია Equinix Tier IV მონაცემთა ცენტრში ამსტერდამში? Მხოლოდ აქ 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ტელევიზორი $199-დან ნიდერლანდებში! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99-დან! Წაიკითხო რაღაცის შესახებ როგორ ავაშენოთ ინფრასტრუქტურის კორპუსი. კლასი Dell R730xd E5-2650 v4 სერვერების გამოყენებით 9000 ევროს ღირებულების პენი?

წყარო: www.habr.com