Адамдар көбінесе тістер туралы әңгімелерді кариеспен, брекеттермен және ақ халаттағы садистермен байланыстырады, олар тек тістеріңізден моншақтар жасауды армандайды. Бірақ әзілдер былай тұрсын, өйткені тіс дәрігерлері мен ауыз қуысының гигиеналық ережелері болмаса, сіз бен біз тек сабан арқылы ұсақталған картоп пен сорпаны жейтін едік. Мұның бәріне эволюция кінәлі, ол бізге ең берік тістерден алшақ, олар да қалпына келмейтін, стоматология саласының өкілдерін керемет қуантады. Егер жабайы табиғат өкілдерінің тістері туралы айтатын болсақ, онда керемет арыстандар, қанды акулалар және өте жағымды гиеналар бірден еске түседі. Алайда, жақтарының күші мен күштілігіне қарамастан, олардың тістері теңіз кірпілерінің тістері сияқты ғажайып емес. Иә, бұл су астындағы инелер кесек, егер сіз оны басып, демалысыңыздың жақсы бөлігін бұза алатын болсаңыз, өте жақсы тістері бар. Әрине, олардың саны көп емес, бесеуі ғана, бірақ олар өзінше бірегей және өзін-өзі қайрауға қабілетті. Ғалымдар бұл мүмкіндікті қалай ашты, бұл процесс дәл қалай жүреді және ол адамдарға қалай көмектесе алады? Бұл туралы зерттеу тобының баяндамасынан білеміз. Бар.
Зерттеу негізі
Ең алдымен, зерттеудің басты кейіпкері - Strongylocentrotus fragilis, адам тілінде, қызғылт теңіз кірпілерімен танысқан жөн. Теңіз кірпісінің бұл түрі полюстердегі тегістелген пішінді және жарқыраған түсті қоспағанда, басқа әріптестерінен айтарлықтай ерекшеленбейді. Олар өте терең (100 м-ден 1 км-ге дейін) өмір сүреді және диаметрі 10 см-ге дейін өседі.
Бес сәулелік симметрияны көрсететін теңіз кірпісінің «қаңқасы».
Теңіз кірпілері қаншалықты дөрекі естілсе де, дұрыс пен бұрыс. Біріншілері айқын бес сәулелік симметриямен тамаша дөңгелек дене пішініне ие, ал екіншісі асимметриялы.
Теңіз кірпісін көргенде ең бірінші көзге түсетіні – оның бүкіл денесін жауып тұрған қаламдары. Әртүрлі түрлерде инелер 2 мм-ден 30 см-ге дейін болуы мүмкін.Инелерден басқа, денеде сферидиялар (тепе-теңдік органдары) және педицеляриялар (қысқышқа ұқсайтын процестер) бар.
Ортасында бес тістің барлығы анық көрінеді.
Теңіз кірпігін бейнелеу үшін алдымен төңкеріп тұру керек, өйткені оның аузы дененің төменгі бөлігінде орналасқан, бірақ басқа тесіктер үстіңгі жағында. Теңіз кірпілерінің ауызы «Аристотель фонарьы» деген әдемі ғылыми атауы бар шайнау аппаратымен жабдықталған (бұл органды алғаш рет сипаттаған және оны пішіні бойынша антикварлық портативті фонармен салыстырған Аристотель болды). Бұл орган бес жақпен жабдықталған, олардың әрқайсысы өткір тіспен аяқталады (зерттелетін қызғылт кірпінің аристотельдік фонарьі төмендегі 1С суретте көрсетілген).
Теңіз кірпілерінің тістерінің беріктігі олардың тұрақты қайрауымен қамтамасыз етіледі деген болжам бар, бұл дистальды бетінің өткірлігін сақтау үшін минералданған тіс пластинкаларының біртіндеп бұзылуы арқылы пайда болады.
Бірақ бұл процесс дәл қалай жүреді, қандай тістерді қайрау керек, қайсысын қажет етпейді және бұл маңызды шешім қалай қабылданады? Ғалымдар бұл сұрақтарға жауап табуға тырысты.
Зерттеу нәтижелері
№1 сурет
Теңіз кірпілерінің тіс құпияларын ашпас бұрын, жалпы олардың тістерінің құрылымын қарастырыңыз.
Суреттер бойынша 1A-1С зерттеудің кейіпкері - қызғылт теңіз кірпілері көрсетілген. Басқа теңіз кірпілері сияқты, бұл түрдің өкілдері өздерінің минералды компоненттерін теңіз суынан алады. Қаңқа элементтерінің ішінде тістер магниймен байытылған кальцитпен жоғары минералданған (99%).
Жоғарыда айтқанымыздай, кірпілер тістерін тамақты қыру үшін пайдаланады. Сонымен қатар, олар тістерінің көмегімен жыртқыштардан немесе ауа-райының қолайсыздығынан жасырынатын тесіктерді қазып алады. Тістерді әдеттен тыс пайдалануды ескере отырып, соңғысы өте күшті және өткір болуы керек.
Сурет бойынша 1D тұтас тістің сегментінің микрокомпьютерлік томографиясы көрсетілген, бұл тістің Т-тәрізді қимасы бар эллиптикалық қисық бойымен қалыптасқанын көрсетеді.
тістің көлденең қимасы (1E) тістің үш құрылымдық аймақтан тұратынын көрсетеді: біріншілік ламиналар, тас аймағы және екіншілік пластиналар. Тас аймағы органикалық қабықпен қоршалған шағын диаметрлі талшықтардан тұрады. Талшықтар магнийге бай кальцит бөлшектерінен тұратын поликристалды матрицамен қапталған. Бұл бөлшектердің диаметрі шамамен 10-20 нм. Зерттеушілер магний концентрациясы тістің бойына біркелкі емес және оның соңына жақындаған сайын жоғарылайтынын атап өтті, бұл оның тозуға төзімділігі мен қаттылығын жоғарылатады.
Бойлық қима (1F) тіс тастарының талшықтары мен органикалық қабықша арасындағы шекарадағы қабаттасу нәтижесінде пайда болатын бөлінуімен қатар талшықтардың деструкциясын көрсетеді.
Біріншілік шпондар әдетте кальцит монокристалдарынан тұрады және тістің дөңес бетінде орналасады, ал екіншілік шпондар ойыс бетін толтырады.
Суретте 1G бір-біріне параллель жатқан қисық бастапқы тақталар массивін көруге болады. Суретте талшықтар мен пластиналар арасындағы кеңістікті толтыратын поликристалды матрица да көрсетілген. киль (1H) көлденең Т-кесіндісінің негізін құрайды және тістің иілу қаттылығын арттырады.
Біз қызғылт теңіз кірпісінің тісінің қандай құрылымға ие екенін білетіндіктен, енді оның құрамдас бөліктерінің механикалық қасиеттерін білуіміз керек. Ол үшін сканерлеуші электронды микроскоп пен әдісті қолдану арқылы қысу сынақтары жүргізілді нано шегініс*. Наномеханикалық сынақтарға тістің бойлық және көлденең бағдарлары бойынша кесілген үлгілер қатысты.
Нано шегініс* — материалды сынаманың бетіне шегініс әдісімен арнайы құрал — интентер арқылы тексеру.
Деректерді талдау бойлық және көлденең бағыттағы тіс ұшында орташа Янг модулі (E) және қаттылық (Н) мынаны көрсетті: EL = 77.3 ± 4,8 ГПа, HL = 4.3 ± 0.5 ГПа (бойлық) және ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 ГПа (көлденең).
Янг модулі* - материалдың керілу мен қысуға қарсы тұру қабілетін сипаттайтын физикалық шама.
Қаттылық* - материалдың неғұрлым қатты дененің (инденттердің) енуіне қарсы тұру қасиеті.
Сонымен қатар, тас алаңы үшін созылғыш зақымдану үлгісін жасау үшін циклдік қосымша жүктемемен бойлық бағытта ойыстар жасалды. Қосулы 2A жүктің орын ауыстыру қисығы көрсетілген.
№2 сурет
Әрбір цикл үшін модуль түсіру деректерін пайдалана отырып, Оливер-Фарр әдісі негізінде есептелді. Шегініс циклдері шегініс тереңдігінің артуымен модульдің монотонды төмендеуін көрсетті (2B). Қаттылықтың мұндай нашарлауы зақымның жиналуымен түсіндіріледі (2C) қайтымсыз деформация нәтижесінде. Бір қызығы, үшіншінің дамуы олар арқылы емес, талшықтардың айналасында жүреді.
Тіс құрамдас бөліктерінің механикалық қасиеттері де квазистатикалық микропиллярларды қысу эксперименттері арқылы бағаланды. Микрометр өлшемді тіректерді жасау үшін фокусталған иондық сәуле пайдаланылды. Тістің дөңес жағындағы біріншілік пластиналар арасындағы байланыстың беріктігін бағалау үшін пластиналар арасындағы қалыпты интерфейске қатысты қиғаш бағыттағы микропиллярлар жасалды (2D). Суретте 2E көлбеу интерфейсі бар микробаған көрсетілген. Және диаграммада 2F ығысу кернеуін өлшеу нәтижелері көрсетілген.
Ғалымдар қызықты фактіні атап өтеді - өлшенген икемділік модулі шегініс сынақтарының жартысына жуығы. Шегініс пен қысу сынақтары арасындағы бұл сәйкессіздік тіс эмальында да байқалады. Қазіргі уақытта бұл сәйкессіздікті түсіндіретін бірнеше теориялар бар (сынаулар кезіндегі қоршаған орта әсерінен үлгілердің ластануына дейін), бірақ сәйкессіздік неліктен пайда болады деген сұраққа нақты жауап жоқ.
Теңіз кірпі тістерін зерттеудің келесі қадамы сканерлеуші электронды микроскоптың көмегімен жүргізілген тозу сынақтары болды. Тіс арнайы ұстағышқа жабыстырылып, ультрананокристалды алмаз субстратына (3A).
№3 сурет
Ғалымдар олардың тозу сынағы нұсқасы әдетте гауһар ұшты зерттелетін материалдың субстратына басылған кезде жасалатын нәрсеге қарама-қарсы екенін атап өтеді. Тозуды тексеру әдістемесіндегі өзгерістер микроқұрылымдар мен тіс компоненттерінің қасиеттерін жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді.
Суреттерде көріп отырғанымыздай, сыни жүктемеге жеткенде, чиптер қалыптаса бастайды. Аристотельдік шамның теңіз кірпілеріндегі «шағуының» күші түрге байланысты 1-ден 50 Ньютонға дейін өзгеретінін ескерген жөн. Сынақта жүздеген микроньютоннан 1 Ньютонға дейінгі күш қолданылды, яғни. бүкіл Аристотельдік фонарь үшін 1-ден 5 Ньютонға дейін (себебі бес тіс бар).
Суретте 3B(i) ұсақ бөлшектер (қызыл жебе) көрінеді, тас аймағының тозуы нәтижесінде пайда болады. Тас аймағы тозған сайын және жиырылғандықтан, плиталар арасындағы интерфейстердегі жарықтар кальцит плиталарының аймағында қысу-ығысу жүктемесі мен кернеудің пайда болуына байланысты пайда болуы және таралуы мүмкін. Суреттер 3B(ii) и 3B(iii) сынықтар үзілген жерлерді көрсетіңіз.
Салыстыру үшін тозу тәжірибесінің екі түрі жүргізілді: шығымның басына сәйкес келетін тұрақты жүктемемен (WCL) және аққыштық шегіне сәйкес келетін тұрақты жүктемемен (WCS). Нәтижесінде тіс тозуының екі нұсқасы алынды.
Киім сынағы бейне:
I кезең
II кезең
III кезең
IV кезең
WCL сынағында тұрақты жүктеме болған жағдайда аймақтың қысылуы байқалды, алайда плиталардың сынуы немесе басқа зақымдануы байқалмады (4A). Бірақ WCS сынағында номиналды контакт кернеуін тұрақты ұстап тұру үшін қалыпты күш ұлғайған кезде тақталардың сынуы және жоғалуы байқалды (4B).
№4 сурет
Бұл бақылаулар сюжетпен расталады (4С) сырғанау ұзындығына байланысты сығымдау аймағының және жоңқаланған пластиналардың көлемінің өлшемдері (сынау кезінде алмаз үстінен үлгі).
Бұл график сонымен қатар WCL жағдайында сырғанау қашықтығы WCS жағдайынан үлкен болса да, фишкалар түзілмейтінін көрсетеді. үшін сығылған және жоңқаланған пластиналарды тексеру 4B теңіз кірпі тістерінің өздігінен қайрау механизмін жақсы түсінуге мүмкіндік береді.
Тастың қысылған аймағының ауданы пластинаның үзілуіне байланысты ұлғаяды, бұл қысылған аймақтың бір бөлігін алып тастауға әкеледі. [4B(iii-v)]. Тас пен плиталар арасындағы байланыс сияқты микроқұрылымдық ерекшеліктер бұл процесті жеңілдетеді. Микроскопия тастағы талшықтардың бүгілгенін және тістің дөңес бөлігіндегі пластинкалардың қабаттары арқылы өтетінін көрсетті.
Диаграммада 4С жаңа пластинаны тістен ажыратқанда, жаңқа аймағының көлемінің секіруі байқалады. Бір қызығы, дәл сол сәтте тегістелген аймақтың енінің күрт азаюы (4D), бұл өздігінен қайрау процесін көрсетеді.
Қарапайым тілмен айтқанда, бұл тәжірибелер тозуға сынақтар кезінде тұрақты қалыпты (сыни емес) жүктемені сақтай отырып, тістің өткір болып қалатынын көрсетті. Кірпінің тістері пайдалану кезінде қайрайды, егер жүктеме сыни деңгейден аспаса, әйтпесе бүліну (чиптер) болуы мүмкін және қайрау емес.
№5 сурет
Тіс микроқұрылымдарының рөлін, олардың қасиеттерін және олардың өздігінен қайрау механизміне қосқан үлесін түсіну үшін тозу процесінің сызықты емес соңғы элементтер талдауы жүргізілді (5A). Ол үшін тіс ұшының бойлық кесіндісінің кескіндері пайдаланылды, олар тастан, пластинкалардан, кильден және пластиналар мен тас арасындағы интерфейстерден тұратын екі өлшемді модель үшін негіз болды.
Суреттер 5B-5H тас пен плита аймағының шетіндегі Мизес критерийінің (икемділік критерийі) контурлық сызбалары болып табылады. Тіс қысылған кезде тіс тас үлкен вископластикалық деформацияларға ұшырайды, зақымдануды жинайды және кішірейеді («жалпақтау») (5B и 5C). Әрі қарай қысу таста кесу жолағын тудырады, онда пластикалық деформация мен зақымданудың көп бөлігі жиналып, тастың бір бөлігін жыртып, оны субстратпен тікелей жанасуға әкеледі (5D). Бұл үлгідегі тастың мұндай фрагменті эксперименттік бақылауларға сәйкес келеді (бөлінділер 3B(i)). Сығымдау сонымен қатар пластиналар арасында қабаттасуды тудырады, өйткені интерфейс элементтері аралас жүктемелерге ұшырайды, нәтижесінде декогезия (деламинация). Байланыс аймағы ұлғайған сайын жанасу кернеулері артады, бұл интерфейсте жарықшақтың басталуы мен таралуын тудырады (5B-5E). Пластиналар арасындағы адгезияның жоғалуы сыртқы тақтайшаның ажыратылуына әкелетін бүгуді күшейтеді.
Тырналу интерфейстің зақымдалуын күшейтеді, бұл пластиналар үзілгенде (жарықтар интерфейстен ауытқып, пластинаға еніп кеткен кезде, пластинаның жойылуына әкеледі, 5G). Процесс жалғасуда пластинаның фрагменттері тістің ұшынан ажырайды (5H).
Бір қызығы, модельдеу ғалымдар бақылау кезінде байқаған тас және пластина аймақтарында сынуды өте дәл болжайды (3B и 5I).
Зерттеудің нюанстарымен толығырақ танысу үшін мен қарауды ұсынамын и оған.
Эпилогия
Бұл жұмыс эволюция адам тістерін онша қолдамайтынын тағы бір рет растады. Байыпты түрде, өз зерттеулерінде ғалымдар теңіз кірпілерінің тістерінің өздігінен қайрау механизмін егжей-тегжейлі зерттеп, түсіндіре алды, бұл тістің ерекше құрылымына және оған дұрыс жүктемеге негізделген. Кірпі тісін жабатын тақтайшалар белгілі бір жүктеме кезінде қабыршақтайды, бұл тістің өткірлігін сақтауға мүмкіндік береді. Бірақ бұл теңіз кірпілері тастарды ұсақтай алады дегенді білдірмейді, өйткені сыни жүктеме көрсеткіштеріне жеткенде тістерде жарықтар мен чиптер пайда болады. «Күш бар, ақыл керек» деген қағиданың еш пайда әкелмейтіні анық.
Терең теңіз тұрғындарының тістерін зерттеу адамның тойымсыз құмарлығын қанағаттандырудан басқа адамға ешқандай пайда әкелмейді деп ойлауға болады. Дегенмен, осы зерттеу барысында алынған білімдер кірпі тістеріне ұқсас қасиеттерге ие болатын материалдардың жаңа түрлерін жасауға негіз бола алады - тозуға төзімділік, сыртқы көмексіз материал деңгейінде өздігінен қайрау және төзімділік.
Қалай болғанда да, табиғатта біз әлі ашылмаған көптеген құпиялар бар. Олар пайдалы бола ма? Мүмкін иә, мүмкін емес. Бірақ кейде, тіпті ең күрделі зерттеулерде де, кейде маңыздысы баратын жер емес, сапардың өзі.
Жұмадан тыс:
Алып балдырлардың су астындағы ормандары теңіз кірпілері мен басқа да ерекше мұхит тұрғындарының жиналатын орны ретінде қызмет етеді. (BBC Earth, дауыс беру - Дэвид Аттенборо).
Қарағаныңызға рахмет, қызықты болыңыз және баршаңызға демалыс күндеріңіз жақсы өтсін! 🙂
Бізбен бірге болғандарыңызға рахмет. Сізге біздің мақалалар ұнайды ма? Қызықты мазмұнды көргіңіз келе ме? Тапсырыс беру немесе достарыңызға ұсыну арқылы бізге қолдау көрсетіңіз, Habr пайдаланушылары үшін біз сіз үшін ойлап тапқан бастапқы деңгейдегі серверлердің бірегей аналогына 30% жеңілдік: (RAID1 және RAID10, 24 ядроға дейін және 40 ГБ DDR4 дейін қол жетімді).
Dell R730xd 2 есе арзан ба? Тек осында Нидерландыда! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 ГГц 6C 128 ГБ DDR3 2x960 ГБ SSD 1 Гбит/с 100 ТБ - 99 доллардан бастап! туралы оқыңыз
Ақпарат көзі: www.habr.com