D'Leit verbannen am meeschten Gespréicher iwwer Zänn mat Karies, Klameren a Sadisten a wäisse Mäntel, déi nëmmen dreemen, Perlen aus Ären Zänn ze maachen. Awer Witzer ofgesinn, well ouni Zänndokteren an etabléiert Regele vun der mëndlecher Hygiène, Dir an ech géifen nëmmen zerquetscht Gromperen an Zopp duerch e Stréi iessen. An et ass alles Schold fir d'Evolutioun, déi eis wäit vun den haltbarsten Zänn ginn huet, déi och net regeneréieren, wat wahrscheinlech Vertrieder vun der Zännindustrie onheemlech glécklech mécht. Wa mir iwwer d'Zänn vun Vertrieder vun der Déieren schwätzen, da kommen majestéitesch Léiwen, bluddeg Haien an extrem positiv Hyena direkt un de Kapp. Wéi och ëmmer, trotz der Kraaft an der Kraaft vun hire Kiefer, sinn hir Zänn net sou erstaunlech wéi d'Zänn vu Mierer. Jo, dëse Stéck Nadelen ënner Waasser, deen, wann Dir erop trëppelt, e gudden Deel vun Ärer Vakanz ruinéiere kann, huet zimmlech gutt Zänn. Natierlech ginn et net vill vun hinnen, nëmme fënnef, awer si sinn eenzegaarteg op hir Manéier a si fäeg sech ze schärfen. Wéi hunn d'Wëssenschaftler dës Feature entdeckt, wéi genau geschitt dëse Prozess a wéi kann et de Leit hëllefen? Mir léieren doriwwer aus dem Rapport vun der Fuerschung Grupp. Gitt.
Basis vun der Etude
Virun allem ass et derwäert den Haaptpersonnage vun der Studie kennen ze léieren - Strongylocentrotus fragilis, oder a mënschleche Begrëffer, e rosa Mierer. Dës Zort vu Mierercher ass net ganz anescht wéi seng aner Kollegen, mat Ausnam vun enger méi flaach Form a glamouröser Faarf. Si liewen zimlech déif (vun 100 m bis 1 km), a si wuessen bis zu 10 cm Duerchmiesser.
De "Skelett" vun engem Mier, deen fënnef-Strahlen Symmetrie weist.
Mierercher sinn, sou haart wéi et kléngt, richteg a falsch. Déi fréier hunn eng bal perfekt ronn Kierperform mat ausgeprägte fënnefstrahlen Symmetrie, während déi lescht méi asymmetresch sinn.
Déi éischt Saach, déi Äert Aen opfällt wann Dir e Mier gesitt, ass seng Wirbelsäule, déi säi ganze Kierper ofdecken. Bei verschiddenen Arten kënnen d'Nadelen vun 2 mm bis 30 cm sinn.Zousätzlech zu den Nadelen huet de Kierper Spheridien (Balanceorganer) a Pedicellaria (Prozesser déi no Pincet gleewen).
All fënnef Zänn sinn kloer am Zentrum ze gesinn.
Fir e Mieresspigel duerzestellen, musst Dir als éischt op d'Kopp stoen, well seng Moundöffnung um ënneschten Deel vum Kierper läit, awer déi aner Ouverturen sinn um ieweschten Deel. De Mond vun de Mierercher ass mat engem Kauenapparat mat dem schéine wëssenschaftlechen Numm "Aristoteles's Laterne" ausgestatt (et war den Aristoteles deen dëst Uergel fir d'éischt beschriwwen huet a seng Form mat enger antik portable Laterne verglach huet). Dëst Uergel ass mat fënnef Kiefer ausgestatt, déi jidderee mat engem scharfen Zänn endet (d'aristotelesch Laterne vum rosa Kéiseker, deen ënnersicht gëtt, gëtt am Bild 1C hei ënnen gewisen).
Et gëtt eng Virgab datt d'Haltbarkeet vun de Mieresstänn geséchert gëtt duerch hir konstant Schärfen, déi duerch d'graduell Zerstéierung vun de mineraliséierte Placke vum Zänn geschitt fir d'Schärft vun der distaler Uewerfläch z'erhalen.
Awer wéi funktionéiert dëse Prozess genau, wéi eng Zänn musse geschärft ginn a wéi eng net, a wéi gëtt dës wichteg Entscheedung getraff? Wëssenschaftler hu probéiert Äntwerten op dës Froen ze fannen.
Fuerschungsresultater
Bild #1
Ier Dir d'Zänngeheimnisser vu Mierercher opdeckt, kucke mir d'Struktur vun hiren Zänn als Ganzt.
An de Biller 1A-1С Den Held vun der Etude gëtt gewisen - e rosa Mierercher. Wéi aner Mierercher kréien Vertrieder vun dëser Spezies hir Mineralkomponenten aus Mierwaasser. Ënnert de Skelettelementer sinn d'Zänn héich mineraliséiert (99%) mat Kalzit an Magnesium beräichert.
Wéi mir virdru diskutéiert hunn, benotzen Kéiseker hir Zänn fir Liewensmëttel ze schrauwen. Awer ausserdeem benotze se hir Zänn fir sech selwer Lächer ze gräifen, an deenen se sech vu Raubdéieren oder schlechtem Wieder verstoppen. Mat dëser ongewéinlecher Notzung fir Zänn, muss déi lescht extrem staark a scharf sinn.
Am Bild 1D Microcomputed Tomographie vun engem Segment vun engem ganzen Zänn gëtt gewisen, wat weist datt den Zänn laanscht eng elliptesch Curve mat engem T-förmleche Querschnitt geformt gëtt.
Querschnitt vum Zänn (1E) weist datt en Zänn aus dräi strukturelle Regioune besteet: déi primär Laminae, d'Rechnungsregioun an déi sekundär Laminae. D'Steenregioun besteet aus Faseren mat klengen Duerchmiesser ëmgi vun enger organescher Schuel. D'Faseren sinn an enger polykristalliner Matrix agebaut, déi aus Magnesiumräiche Kalzitpartikelen besteet. Den Duerchmiesser vun dëse Partikelen ass ongeféier 10-20 nm. D'Fuerscher bemierken datt d'Konzentratioun vu Magnesium net eenheetlech am ganzen Zänn ass a bis zum Enn eropgeet, wat seng verstäerkte Verschleißbeständegkeet an d'Häregkeet ubitt.
Längsschnitt (1F) de Steengebitt vum Zänn weist d'Zerstéierung vun de Faseren, wéi och d'Avulsioun, déi duerch Delaminatioun op der Interface vun de Faseren an der organescher Membran geschitt.
Primärplacke besteet normalerweis aus eenzele Kristalle vu Kalkit a sinn op der konvexer Uewerfläch vum Zänn, während sekundär Placke d'konkave Uewerfläch fëllen.
Am Bild 1G eng Rei vu kromme primäre Placke kënnen parallel zuenee gesi ginn. D'Bild weist och d'Faseren an d'polykristallin Matrix, déi de Raum tëscht de Placke fëllen. Kiel (1H) bildt d'Basis vum Querschnitt T-Sektioun a vergréissert d'Biege Steifheit vum Zänn.
Elo datt mir d'Struktur vun engem rosa Mier Zänn kennen, musse mir elo d'mechanesch Eegeschafte vu senge Komponenten erausfannen. Fir dësen Zweck goufen Kompressiounstester mat engem Scannenelektronenmikroskop an dem nanoindentation*. Nanomechanesch Tester involvéiert Proben, déi laanscht d'Längs- a transversal Orientéierungen vum Zänn geschnidden hunn.
Nanoindentatioun* - Testen vum Material andeems Dir e speziellen Tool - en Indenter - an d'Uewerfläch vum Probe dréckt.
Donnéeën Analyse huet gewisen, datt den Duerchschnëtt Young d'Modul (E) an hardness (H) um Zännofdréck an der longitudinal an transversal Richtungen sinn: EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (Längs) an ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (transversal).
Young's Modulus* - eng kierperlech Quantitéit déi d'Fäegkeet vun engem Material beschreift fir Spannungen a Kompressioun ze widderstoen.
Hardness* - d'Eegeschafte vun engem Material fir d'Penetratioun vun engem méi haart Kierper ze widderstoen (indenter).
Zousätzlech goufen Abriecher mat zyklesche zousätzlech Belaaschtung an der Längsrichtung gemaach fir e visco-plastesche Schuedmodell fir de Steengebitt ze kreéieren. Op 2A d'Laascht-Verschiebungskurve gëtt gewisen.
Bild #2
De Modulus fir all Zyklus gouf berechent baséiert op der Oliver-Pharr-Methode mat Ausluededaten. D'Intéierungszyklen hunn eng monotonesch Ofsenkung vum Modulus mat enger Erhéijung vun der Indentatiounsdéift gewisen (2B). Dës Verschlechterung vun der Steifheit gëtt erkläert duerch d'Akkumulation vu Schued (2C) als Resultat vun irreversibel Deformatiounen. Et ass bemierkenswäert datt d'Entwécklung vum Drëtte ronderëm d'Faseren geschitt, an net duerch si.
D'mechanesch Eegeschafte vun Zänn Bestanddeeler goufen och mat quasi-statesch micropillar Kompressioun Experimenter bewäert. E fokusséierten Ionestrahl gouf benotzt fir Mikrometer-Gréisst Pilieren ze produzéieren. Fir d'Bindungsstäerkt tëscht de primäre Placke op der konvexer Säit vum Zänn ze evaluéieren, goufen Mikropillare mat enger schräger Orientéierung relativ zu der normaler Interface tëscht de Placke fabrizéiert (2D). Am Bild 2E e Mikropillar mat enger schréiegt Interface gëtt gewisen. An op der Grafik 2F d'Resultater vu Schéierspannungsmessungen ginn gewisen.
D'Wëssenschaftler bemierken eng interessant Tatsaach - de gemoossene elastesche Modul ass bal d'Halschent vun deem vun den Indentatiounstester. Dës Diskrepanz tëscht Indentatioun a Kompressiounstester ass och fir Zänn Email bemierkt ginn. Am Moment ginn et verschidden Theorien fir dës Diskrepanz z'erklären (vun Ëmweltinflëss während Tester bis Probekontaminatioun), awer et gëtt nach ëmmer keng kloer Äntwert op d'Fro firwat d'Diskrepanz geschitt.
Den nächste Schrëtt an der Etude vun de Mier Zänn war Verschleißtester mat engem Scannenelektronenmikroskop. Den Zänn gouf op e speziellen Halter gekollt a géint en ultrananokristallin Diamantsubstrat gedréckt (3A).
Bild #3
D'Wëssenschaftler bemierken datt hir Versioun vum Verschleißtest de Géigendeel ass vun deem wat typesch gemaach gëtt, wou en Diamanttipp an e Substrat vum getestene Material gedréckt gëtt. Ännerungen an Verschleißtesttechniken erlaben e bessert Verständnis vun den Eegeschafte vun de Mikrostrukturen a Komponenten vum Zänn.
Wéi mir an de Biller gesinn, wann déi kritesch Laascht erreecht ass, fänken d'Chips ze bilden. Et ass derwäert ze berécksiichtegen datt d'Kraaft vum "Biss" vun der Aristoteles Laterne bei Mierercher variéiert jee no der Spezies vun 1 bis 50 Newton. Am Test gouf eng Kraaft vun Honnerte vu Mikronewton bis 1 Newton benotzt, d.h. vun 1 bis 5 Newton fir déi ganz Aristotelesch Laterne (well et fënnef Zänn gëtt).
Am Bild 3B(i) siichtbar fein Partikel (roude Pfeil) geformt als Resultat vum Verschleiung op de Steengebitt. Wéi d'Steengebitt verschleeft a vertragt, kënnen Rëss op den Interfaces tëscht de Placke sech entwéckelen a propagéieren wéinst Kompressiounsschéierbelaaschtung a Stressakkumulatioun am Kalkitplackgebitt. Biller 3B(ii) и 3B(iii) Plazen weisen, wou Fragmenter ofgebrach sinn.
Zum Verglach goufen zwou Aarte vu Verschleiungsexperimenter duerchgefouert: mat enger konstanter Belaaschtung entspriechend dem Ausbezuele vun der Ausbezuelung (WCL) a mat enger konstanter Belaaschtung entspriechend dem Ausbezuelungsspannung (WCS). Als Resultat goufen zwou Zorte Zännverschleiung kritt.
Wear Test Video:
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Etapp IV
Ënner konstanter Belaaschtung gouf d'Kompressioun vum Gebitt am WCL-Test beobachtet, awer kee Chipping oder aner Schued un de Placke gouf beobachtet (4A). Awer am WCS Test, wann d'normale Kraaft erhéicht gouf fir den nominale Kontaktstress konstant ze halen, goufen Chipping a Verloscht vu Placke observéiert (4B).
Bild #4
Dës Observatioune ginn duerch d'Grafik bestätegt (4С) Miessunge vum Kompressiounsgebitt a Volumen vun ofgeschniddene Placke ofhängeg vun der Rutschlängt (vun der Probe um Diamant während dem Test).
Dës Grafik weist och datt am Fall vu WCL Chips net formen och wann d'Rutschdistanz méi grouss ass wéi am Fall vun WCS. Inspektioun vun kompriméiert a gechipt Placke fir 4B erlaabt eis de selbstschärfen Mechanismus vun de Miererzänn besser ze verstoen.
D'Gebitt vum kompriméierte Gebitt vum Steen erhéicht wéi d'Plack ofbriechen, en Deel vum kompriméierte Gebitt ewechzehuelen [4B (iii-v)]. Mikrostrukturell Funktiounen wéi d'Bindung tëscht Steen a Placken erliichteren dëse Prozess. D'Mikroskopie huet gewisen datt d'Faseren am Kalkulusgebitt gekrümmt a penetréiert duerch d'Schichte vu Placke am konvexen Deel vum Zänn.
Op der Grafik 4С e Sprong am Volume vum ofgeschniddene Gebitt ass sichtbar wann déi nei Plack vum Zänn ofgeschaaft gëtt. Et ass virwëtzeg datt am selwechte Moment eng schaarf Ofsenkung vun der Breet vun der verflaachter Regioun ass (4D), wat e Selbstschärftprozess beweist.
Einfach gesot, dës Experimenter hunn gewisen datt wann eng konstant normal (net kritesch) Belaaschtung während Verschleißtesten erhale bleift, gëtt den Tipp déif wärend den Zänn schaarf bleift. Et stellt sech eraus datt d'Zänn vun de Kéiseker während der Benotzung geschärft ginn, wann d'Laascht net kritesch iwwerschreift, soss kann Schued (Chips) geschéien anstatt d'Schärfen.
Bild #5
Fir d'Roll vun den Zännmikrostrukturen, hir Eegeschaften an hire Bäitrag zum Selbstschärfenmechanismus ze verstoen, gouf eng net-linear endlech Elementanalyse vum Verschleiprozess duerchgefouert (5A). Fir dëst ze maachen, goufen Fotoen vun engem Längsschnëtt vum Tipp vum Zänn benotzt, déi als Basis fir en zweedimensionalen Modell gedéngt hunn, deen aus Steen, Placken, Kiel a Schnëttplazen tëscht Placken a Steen besteet.
Biller 5B-5H sinn Konturpläng vum von Mises Critère (Plastizitéitscritère) um Rand vun der Steen- a Plackregioun. Wann en Zänn kompriméiert ass, erlieft de Steen grouss viskoplastesch Deformatiounen, accumuléiert Schued a kontraktéiert ("flaach") (5B и 5C). Weider Kompressioun verursaacht e Schéierband am Steen, wou vill vun der plastescher Verformung a Schued accumuléiert, en Deel vum Steen räissen, an en direkten Kontakt mam Substrat bréngt (5D). Esou Steefragmentatioun an dësem Modell entsprécht experimentellen Observatiounen (gebrach Fragmenter op 3B(i)). Kompressioun verursaacht och Delaminatioun tëscht de Placke well d'Interface-Elementer gemëschte Lasten ausgesat ginn, wat zu Dekohäsioun (Delaminatioun) resultéiert. Wéi d'Kontaktfläch eropgeet, ginn d'Kontaktstress erop, wat d'Krackinitiatioun a Verbreedung um Interface verursaacht (5B-5E). Verléiere vun der Adhäsioun tëscht de Placke vergréissert d'Biege, déi de baussenzege Plack verursaachen.
Kratzer verschäerft den Interface Schued, wat zu Waferentfernung féiert, wann d'Wafer (en) Spaltung erliewen (wou Rëss vun der Interface ofwäichen an an de Wafer penetréieren, 5G). Wéi de Prozess weider geet, ginn Fragmenter vun der Plack aus dem Tipp vum Zänn ofgeschnidden (5H).
Interessanterweis virausgesot d'Modellerung ganz präzis d'Chippen a béide Steen- a Plackberäicher, wat d'Wëssenschaftler scho während Observatioune gemierkt hunn (3B и 5I).
Fir e méi detailléierte Verständnis vun den Nuancen vun der Studie, ech recommandéieren e Bléck op и fir hien.
Epilogue
Dëst Wierk huet nach eng Kéier bestätegt datt d'Evolutioun net ganz gënschteg fir mënschlech Zänn war. Eescht, an hirer Studie konnten d'Wëssenschaftler am Detail de selbstschärfen Mechanismus vun de Miererzänn erklären, déi op der ongewéinlecher Struktur vum Zänn an der korrekter Belaaschtung baséiert. D'Placken, déi den Igelzänn bedecken, schälen ënner enger gewësser Belaaschtung of, wat hëlleft den Zänn scharf ze halen. Awer dat heescht net datt d'Seeschaueren Steng zerbriechen kënnen, well wann kritesch Belaaschtungsindikatoren erreecht ginn, bilden Rëss a Chips op den Zänn. Et stellt sech eraus datt de Prinzip "Dir hutt Kraaft, Dir braucht keng Intelligenz" wäert sécher kee Virdeel bréngen.
Et kéint een denken, datt d'Studie vun den Zänn vun den Awunner vum déiwe Mier kee Virdeel fir d'Mënsche bréngt, ausser d'Zefriddenheet vun onsatzbarem Mënsch Virwëtz. Wéi och ëmmer, d'Wëssen, déi aus dëser Fuerschung gewonnen ginn, kënnen als Basis fir d'Schafung vun neien Typen vu Materialien déngen, déi Eegeschaften ähnlech wéi Kéiseker Zänn hunn - Verschleißbeständegkeet, Selbstschärfen um Materialniveau ouni extern Hëllef an Haltbarkeet.
Egal wéi et ass, d'Natur verstoppt vill Geheimnisser déi mir nach net opgedeckt hunn. Wäert se nëtzlech sinn? Vläicht jo, vläicht net. Awer heiansdo, och an der komplexer Fuerschung, heiansdo ass et net d'Destinatioun déi wichteg ass, mee d'Rees selwer.
Freideg off-top:
Ënnerwaasser rieseg Kelpbëscher déngen als Versammlungsplaz fir Mierer an aner ongewéinlech Ozeankreaturen. (BBC Earth, Voice-over vum David Attenborough).
Merci fir d'Liesen, bleift virwëtzeg a wënschen e schéine Weekend Kärelen! 🙂
Merci datt Dir bei eis bleift. Hutt Dir eis Artikelen gär? Wëllt Dir méi interessant Inhalt gesinn? Ënnerstëtzt eis andeems Dir eng Bestellung maacht oder Frënn empfeelt, 30% Remise fir Habr Benotzer op engem eenzegaartegen Analog vun Entry-Level Serveren, dee vun eis fir Iech erfonnt gouf: (verfügbar mat RAID1 an RAID10, bis zu 24 Kären a bis zu 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 Mol méi bëlleg? Nëmmen hei an Holland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - vun $99! Liest iwwer
Source: will.com