In-nies ħafna drabi jassoċjaw konversazzjonijiet dwar is-snien ma 'snien, ċineg u sadists f'kowtijiet bojod li joħolmu biss li jagħmlu żibeġ minn snienek. Imma ċajt apparti, għax mingħajr dentisti u regoli stabbiliti ta 'iġjene orali, int u jien konna nieklu biss patata mgħaffeġ u soppa permezz ta' tiben. U huwa kollu tort għall-evoluzzjoni, li tatna 'l bogħod mill-aktar snien dejjiema, li wkoll ma jirriġenerawx, li probabbilment jagħmel lir-rappreżentanti tal-industrija dentali oerhört kuntenti. Jekk nitkellmu dwar is-snien tar-rappreżentanti tal-ħajja selvaġġa, imbagħad jiġu f'moħħna l-iljuni majestużi, il-klieb il-baħar għatxan id-demm u l-hyenas estremament pożittivi. Madankollu, minkejja l-qawwa u s-saħħa tax-xedaq tagħhom, snienhom mhumiex tal-għaġeb daqs is-snien tar-riċi tal-baħar. Iva, din il-biċċa ta 'labar taħt l-ilma, li, jekk titfa' fuqha, tista' tħassar parti tajba mill-vaganza tiegħek, għandha snien pjuttost tajbin. Naturalment, m'hemmx ħafna minnhom, ħamsa biss, iżda huma uniċi fil-mod tagħhom u kapaċi jsaħħu lilhom infushom. Ix-xjentisti kif skoprew din il-karatteristika, kif iseħħ eżattament dan il-proċess, u kif jista 'jgħin lin-nies? Nitgħallmu dwar dan mir-rapport tal-grupp ta 'riċerka. Mur.
Bażi tar-riċerka
L-ewwelnett, ta 'min isir jaf il-karattru prinċipali tal-istudju - Strongylocentrotus fragilis, jew f'termini umani, riċin tal-baħar roża. Dan it-tip ta 'riċin tal-baħar mhuwiex differenti ħafna mill-kontropartijiet l-oħra tiegħu, bl-eċċezzjoni ta' forma aktar ċċattjata u kulur glamorous. Jgħixu fil-fond pjuttost (minn 100 m sa 1 km), u jikbru sa 10 ċm fid-dijametru.
L-"iskeletru" ta 'riċin tal-baħar, li juri simetrija ta' ħames raġġi.
Ir-rizzi tal-baħar huma, kemm jista’ jkun ħarxa, tajbin u żbaljati. Ta 'l-ewwel għandhom forma ta' ġisem kważi perfettament tonda b'simetrija ta 'ħames raġġi pronunzjata, filwaqt li ta' l-aħħar huma aktar asimmetriċi.
L-ewwel ħaġa li taqbad għajnejk meta tara riċin tal-baħar huma l-ispina tiegħu li jkopru ġismu kollu. Fi speċi differenti, il-labar jistgħu jkunu minn 2 mm sa ċm 30. Minbarra l-labar, il-ġisem għandu spheridia (organi tal-bilanċ) u pedicellaria (proċessi li jixbħu forceps).
Il-ħames snien kollha huma viżibbli b'mod ċar fiċ-ċentru.
Biex turi riċina tal-baħar, l-ewwel trid toqgħod rasu 'l isfel, peress li l-ftuħ tal-ħalq tiegħu jinsab fuq in-naħa t'isfel tal-ġisem, iżda l-fetħiet l-oħra huma fuq in-naħa ta' fuq. Il-ħalq tar-riċi tal-baħar huwa mgħammar b'apparat li jomgħod bl-isem xjentifiku sabiħ "il-fanal ta 'Aristotle" (kien Aristotle li l-ewwel iddeskriva dan l-organu u qabbel il-forma tiegħu ma' fanal portabbli antik). Dan l-organu huwa mgħammar b'ħames xedaq, li kull wieħed minnhom jispiċċa f'snien li jaqtgħu (il-fanal Aristoteljan tal-qanfud roża li qed jiġi eżaminat jidher fl-immaġni 1C hawn taħt).
Hemm preżunzjoni li d-durabilità tas-snien tar-riċi tal-baħar hija żgurata mill-sann kostanti tagħhom, li jseħħ permezz tal-qerda gradwali tal-pjanċi mineralizzati tas-snien biex tinżamm l-sharpness tal-wiċċ distali.
Imma kif jaħdem eżattament dan il-proċess, liema snien jeħtieġ li jiġu inċiżivi u liema le, u kif tittieħed din id-deċiżjoni importanti? Ix-xjentisti ppruvaw isibu tweġibiet għal dawn il-mistoqsijiet.
Riżultati tar-riċerka
Immaġni #1
Qabel ma tiżvela s-sigrieti dentali tar-riċi tal-baħar, ejja nħarsu lejn l-istruttura ta 'snienhom kollha kemm hi.
Fl-istampi 1-1S jintwera l-eroj tal-istudju - riċin tal-baħar roża. Bħal rizzi tal-baħar oħra, rappreżentanti ta 'din l-ispeċi jiksbu l-komponenti minerali tagħhom mill-ilma baħar. Fost l-elementi skeletriċi, is-snien huma mineralizzati ħafna (99%) b'kalċit arrikkit fil-manjeżju.
Kif iddiskutejna qabel, il-qanfud jużaw snienhom biex jinbarax l-ikel. Iżda minbarra dan, huma jużaw snienhom biex iħaffru toqob għalihom infushom, li fihom jinħbew minn predaturi jew temp ħażin. Minħabba dan l-użu mhux tas-soltu għas-snien, dawn tal-aħħar għandhom ikunu estremament b'saħħithom u li jaqtgħu.
Fl-immaġini 1D Tomografija mikrokompjuterizzata ta 'segment ta' sinna sħiħa hija murija, li turi li s-snien huwa ffurmat tul kurva ellittika b'sezzjoni trasversali f'forma ta 'T.
Sezzjoni trasversali tas-snien (1E) juri li sinna hija magħmula minn tliet reġjuni strutturali: il-lamina primarja, ir-reġjun tal-kalkulu, u l-lamina sekondarja. Ir-reġjun tal-ġebel jikkonsisti minn fibri ta 'dijametru żgħir mdawra b'qoxra organika. Il-fibri huma inkorporati f'matriċi polikristallina li tikkonsisti minn partiċelli tal-kalċite b'ħafna manjesju. Id-dijametru ta 'dawn il-partiċelli huwa madwar 10-20 nm. Ir-riċerkaturi jinnotaw li l-konċentrazzjoni tal-manjeżju mhix uniformi fis-snien kollu u tiżdied lejn l-aħħar, li tipprovdi reżistenza akbar għall-ilbies u ebusija tagħha.
Sezzjoni lonġitudinali (1F) iż-żona tal-ġebel tas-snien turi l-qerda tal-fibri, kif ukoll l-avulsjoni, li sseħħ minħabba delamination fl-interface tal-fibri u l-qoxra organika.
Pjanċi primarji huma ġeneralment magħmula minn kristalli singoli ta 'kalċite u jinsabu fuq il-wiċċ konvessi tas-snien, filwaqt li pjanċi sekondarji jimlew il-wiċċ konkavi.
Fl-istampa 1G firxa ta 'pjanċi primarji mgħawġa tista' tidher li tinsab paralleli ma 'xulxin. L-immaġni turi wkoll il-fibri u l-matriċi polikristallina li timla l-ispazju bejn il-pjanċi. Kiel (1H) tifforma l-bażi tas-sezzjoni T tat-taqsima trasversali u żżid ir-riġidità tal-liwi tas-snien.
Issa li nafu l-istruttura ta 'snien tar-riċin tal-baħar roża, issa għandna bżonn insemmu l-proprjetajiet mekkaniċi tal-komponenti tagħha. Għal dan il-għan, twettqu testijiet ta 'kompressjoni bl-użu ta' mikroskopju elettroniku tal-iskannjar u l- nanoindentazzjoni*. Testijiet nanomekkaniċi involvew kampjuni maqtugħin tul l-orjentazzjonijiet lonġitudinali u trasversali tas-snien.
Nanoindentazzjoni* — l-ittestjar tal-materjal billi tagħfas għodda speċjali — indenter — fil-wiċċ tal-kampjun.
L-analiżi tad-dejta wriet li l-modulu medju ta’ Young (E) u l-ebusija (H) fit-tarf tas-snien fid-direzzjonijiet lonġitudinali u trasversali huma: EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (lonġitudinali) u ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (trasversali).
Modulu ta' Young* - kwantità fiżika li tiddeskrivi l-abbiltà ta’ materjal li jirreżisti t-tensjoni u l-kompressjoni.
Ebusija* - il-proprjetà ta 'materjal li jirreżisti l-penetrazzjoni ta' korp aktar iebes (indenter).
Barra minn hekk, indentazzjonijiet b'tagħbija addizzjonali ċiklika saru fid-direzzjoni lonġitudinali biex jinħoloq mudell ta 'ħsara visco-plastik għaż-żona tal-ġebel. Fuq 2 il-kurva tat-tagħbija-spostament hija murija.
Immaġni #2
Il-modulu għal kull ċiklu ġie kkalkulat abbażi tal-metodu Oliver-Pharr bl-użu tad-dejta tal-ħatt. Iċ-ċikli tal-indentazzjoni wrew tnaqqis monotoniku fil-modulu biż-żieda fil-fond tal-indentazzjoni (2V). Dan id-deterjorament fl-ebusija huwa spjegat mill-akkumulazzjoni tal-ħsara (2C) bħala riżultat ta' deformazzjoni irriversibbli. Ta 'min jinnota li l-iżvilupp tat-tielet iseħħ madwar il-fibri, u mhux permezz tagħhom.
Il-proprjetajiet mekkaniċi tal-kostitwenti tas-snien ġew ukoll evalwati bl-użu ta 'esperimenti ta' kompressjoni tal-mikropilastri kważi-statiċi. Intuża raġġ ta 'jone iffukat biex jipproduċi pilastri ta' daqs mikrometru. Biex tiġi evalwata s-saħħa tal-irbit bejn il-pjanċi primarji fuq in-naħa konvessa tas-snien, il-mikropilastri ġew iffabbrikati b'orjentazzjoni oblikwa relattiva għall-interface normali bejn il-pjanċi (2D). Fl-istampa 2E huwa muri mikropillar b'interface inklinata. U fuq il-graff 2F jintwerew ir-riżultati tal-kejl tal-hear stress.
Ix-xjentisti jinnotaw fatt interessanti - il-modulu elastiku mkejjel huwa kważi nofs dak tat-testijiet tal-indentazzjoni. Din id-diskrepanza bejn it-testijiet tal-indentazzjoni u tal-kompressjoni ġiet innotata wkoll għall-enamel tas-snien. Bħalissa, hemm diversi teoriji biex jispjegaw din id-diskrepanza (minn influwenzi ambjentali waqt it-testijiet għall-kontaminazzjoni tal-kampjuni), iżda għad m'hemmx tweġiba ċara għall-mistoqsija dwar għaliex isseħħ id-diskrepanza.
Il-pass li jmiss fl-istudju tas-snien tar-riċi tal-baħar kien it-testijiet tal-ilbies imwettqa bl-użu ta 'mikroskopju elettroniku tal-iskannjar. Is-snien kien inkollat ma' detentur speċjali u ppressat kontra sottostrat tad-djamant ultrananokristallin (3).
Immaġni #3
Ix-xjentisti jinnotaw li l-verżjoni tagħhom tat-test tal-ilbies hija l-oppost ta 'dak li jsir tipikament, fejn ponta djamant tiġi ppressata f'sottostrat tal-materjal li qed jiġi ttestjat. Bidliet fit-tekniki tal-ittestjar tal-ilbies jippermettu fehim aħjar tal-proprjetajiet tal-mikrostrutturi u l-komponenti tas-snien.
Kif nistgħu naraw fl-istampi, meta tintlaħaq it-tagħbija kritika, iċ-ċipep jibdew jiffurmaw. Ta 'min jikkunsidra li l-forza tal-"gidma" tal-fanal ta' Aristotle f'rizzi tal-baħar tvarja skond l-ispeċi minn 1 sa 50 newton. Fit-test, intużat forza minn mijiet ta’ micronewtons sa 1 newton, i.e. minn 1 sa 5 newtons għall-fanal Aristoteljan kollu (peress li hemm ħames snien).
Fl-istampa 3B(i) partiċelli fini viżibbli (vleġġa ħamra) iffurmati bħala riżultat ta 'xedd fuq iż-żona tal-ġebel. Hekk kif iż-żona tal-ġebel tilbes u tikkuntratta, xquq fl-interfaces bejn il-pjanċi jistgħu jiżviluppaw u jinfirxu minħabba tagħbija ta 'kompressjoni-shear u akkumulazzjoni ta' stress fiż-żona tal-pjanċa tal-kalċite. Stampi 3B(ii) и 3B(iii) juru postijiet fejn inqatgħu frammenti.
Għat-tqabbil, twettqu żewġ tipi ta 'esperimenti ta' xedd: b'tagħbija kostanti li tikkorrispondi għall-bidu tar-rendiment (WCL) u b'tagħbija kostanti li tikkorrispondi għall-istress ta 'rendiment (WCS). Bħala riżultat, inkisbu żewġ tipi ta 'xedd tas-snien.
Ilbes vidjo tat-test:
Stadju I
Stadju II
Stadju III
Stadju IV
Taħt tagħbija kostanti, il-kompressjoni taż-żona ġiet osservata fit-test WCL, iżda ma ġiet osservata l-ebda tixlif jew ħsara oħra lill-pjanċi (4A). Iżda fit-test WCS, meta l-forza normali żdiedet biex tinżamm kostanti l-istress tal-kuntatt nominali, ġew osservati tixlif u telf ta 'pjanċi (4V).
Immaġni #4
Dawn l-osservazzjonijiet huma kkonfermati mill-graff (4S) kejl taż-żona tal-kompressjoni u l-volum tal-pjanċi imlaqqax skond it-tul li jiżżerżaq (tal-kampjun fuq id-djamant waqt it-test).
Dan il-graff juri wkoll li fil-każ ta 'WCL, iċ-ċipep ma jiffurmawx anki jekk id-distanza li tiżżerżaq tkun akbar milli fil-każ ta' WCS. Spezzjoni ta 'pjanċi kkompressati u imlaqqax għal 4V jippermettilna nifhmu aħjar il-mekkaniżmu ta 'l-awto-sann tas-snien tar-rizzi tal-baħar.
Iż-żona taż-żona kkompressata tal-ġebla tiżdied hekk kif il-pjanċa tinqasam, u tneħħi parti miż-żona kkompressata [4B (iii-v)]. Il-karatteristiċi mikrostrutturali bħar-rabta bejn il-ġebel u ċ-ċangaturi jiffaċilitaw dan il-proċess. Il-mikroskopija wriet li l-fibri fiż-żona tal-kalkulu mgħawġa u ppenetraw permezz tas-saffi ta 'pjanċi fil-parti konvessa tas-snien.
Fuq il-grafika 4S qabża fil-volum taż-żona laqx hija viżibbli meta l-pjanċa l-ġdida tinqala 'mis-snien. Huwa kurjuż li fl-istess mument hemm tnaqqis qawwi fil-wisa 'r-reġjun iċċattjat (4D), li jindika proċess ta 'sann lilu nnifsu.
Fi kliem sempliċi, dawn l-esperimenti wrew li meta tinżamm tagħbija normali kostanti (mhux kritika) waqt it-testijiet tal-ilbies, il-ponta ssir matt filwaqt li s-snien jibqa 'jaqta'. Jirriżulta li s-snien tal-qanfud huma sharpen waqt l-użu jekk it-tagħbija ma taqbiżx il-kritika, inkella tista 'sseħħ ħsara (ċipep) aktar milli sann.
Immaġni #5
Biex tifhem ir-rwol tal-mikrostrutturi tas-snien, il-proprjetajiet tagħhom u l-kontribut tagħhom għall-mekkaniżmu ta 'sann lilu nnifsu, twettqet analiżi ta' elementi finiti mhux lineari tal-proċess tal-ilbies (5). Biex tagħmel dan, intużaw ritratti ta 'sezzjoni lonġitudinali tal-ponta tas-snien, li servew bħala l-bażi għal mudell bidimensjonali li jikkonsisti minn ġebel, pjanċi, karrina u interfaces bejn pjanċi u ġebel.
Stampi 5B-5H huma plottijiet tal-kontorn tal-kriterju von Mises (kriterju tal-plastikità) fit-tarf tar-reġjun tal-ġebel u ċangatura. Meta snien jiġi kkompressat, il-ġebla tgħaddi minn deformazzjonijiet viskoplastiċi kbar, takkumula ħsara, u tikkuntratta (“iċċattja”) (5B и 5C). Kompressjoni ulterjuri tikkawża shear band fil-ġebla, fejn ħafna mid-deformazzjoni tal-plastik u l-ħsara jakkumulaw, tqatta 'parti mill-ġebla, u ġġibha f'kuntatt dirett mas-sottostrat (5D). Frammentazzjoni tal-ġebel bħal din f'dan il-mudell tikkorrispondi għal osservazzjonijiet sperimentali (frammenti miksura fuq 3B(i)). Il-kompressjoni tikkawża wkoll delamination bejn il-pjanċi peress li l-elementi tal-interface huma soġġetti għal tagħbijiet imħallta, li jirriżultaw f'dekoeżjoni (delamination). Hekk kif iż-żona tal-kuntatt tiżdied, l-istress tal-kuntatt jiżdiedu, u jikkawża l-bidu tal-qsim u l-propagazzjoni fl-interface (5B-5E). Telf ta 'adeżjoni bejn il-pjanċi jżid il-liwi li jikkawża li l-pjanċa ta' barra tinqala '.
Il-grif jaggrava l-ħsara fl-interface, li jwassal għat-tneħħija tal-wejfers meta l-wejfer(i) jgħaddu minn qsim (fejn ix-xquq jiddevjaw mill-interface u jippenetraw fil-wejfer, 5G). Hekk kif il-proċess ikompli, frammenti tal-pjanċa jinqalgħu mit-tarf tas-snien (5H).
Interessanti, l-immudellar ibassar b'mod preċiż ħafna tixlif kemm fiż-żoni tal-ġebel kif ukoll tal-pjanċi, li x-xjenzati diġà nnutaw waqt l-osservazzjonijiet (3B и 5I).
Għal familjarità aktar dettaljata mal-sfumaturi tal-istudju, nirrakkomanda li tħares lejn и lilu.
Epilogue
Dan ix-xogħol għal darb'oħra kkonferma li l-evoluzzjoni ma tantx kienet favorevoli għas-snien tal-bniedem. Serjament, fl-istudju tagħhom, ix-xjentisti setgħu jeżaminaw fid-dettall u jispjegaw il-mekkaniżmu ta 'sann lilu nnifsu tas-snien tar-riċi tal-baħar, li huwa bbażat fuq l-istruttura mhux tas-soltu tas-snien u t-tagħbija korretta fuqha. Il-pjanċi li jkopru s-snien tal-qanfud jitqaxxru taħt ċertu tagħbija, li tgħin biex iżżomm is-snien li jaqtgħu. Iżda dan ma jfissirx li r-riċi tal-baħar jistgħu jfarrak il-ġebel, għax meta jintlaħqu indikaturi ta 'tagħbija kritiċi, jiffurmaw xquq u laqx fuq is-snien. Jirriżulta li l-prinċipju "għandek saħħa, m'għandekx bżonn intelliġenza" ċertament ma jġib l-ebda benefiċċju.
Wieħed jista 'jaħseb li l-istudju tas-snien ta' l-abitanti tal-baħar fond ma jġib l-ebda benefiċċju għall-bnedmin, ħlief li tissodisfa kurżità umana insatiable. Madankollu, l-għarfien miksub minn din ir-riċerka jista 'jservi bħala l-bażi għall-ħolqien ta' tipi ġodda ta 'materjali li se jkollhom proprjetajiet simili għal snien qanfud - reżistenza għall-ilbies, awto-sann fil-livell materjali mingħajr assistenza esterna, u durabilità.
Tkun xi tkun, in-natura taħbi ħafna sigrieti li għad iridu niskopru. Se jkunu utli? Forsi iva, forsi le. Imma kultant, anke fl-aktar riċerka kumplessa, xi drabi mhix id-destinazzjoni li hija importanti, iżda l-vjaġġ innifsu.
Il-Ġimgħa barra minn fuq:
Foresti tal-kelp ġgant taħt l-ilma jservu bħala post ta 'ġbir għal rizzi tal-baħar u kreaturi oħra mhux tas-soltu tal-oċean. (BBC Earth, voice-over minn David Attenborough).
Grazzi talli tarah, ibqa' kurjuż u tmiem il-ġimgħa mill-isbaħ lil kulħadd! 🙂
Grazzi talli bqajt magħna. Tħobb l-artikoli tagħna? Trid tara aktar kontenut interessanti? Appoġġuna billi tagħmel ordni jew tirrakkomanda lill-ħbieb, Roħs ta' 30% għall-utenti ta' Habr fuq analogu uniku ta' servers ta' livell ta' dħul, li ġie ivvintat minna għalik: (disponibbli b'RAID1 u RAID10, sa 24 core u sa 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 darbiet orħos? Hawn biss fl-Olanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - minn $99! Aqra dwar
Sors: www.habr.com