Bisedat për dhëmbët te njerëzit zakonisht asociohen me karies, aparate ortodontike dhe sadistë me mantila të bardha, të cilët vetëm ëndërrojnë të bëjnë varëse nga dhëmbët tuaj. Por le të lëmë shakatë, sepse pa stomatologët dhe rregullat e vendosura të higjienës për gojën tonë, do të ushqeheshim vetëm me patate të ziera dhe supë përmes një tubi. Dhe të gjithë këtë e shkakton evolucioni, që na dha dhëmbë jo shumë të qëndrueshëm, të cilët as që rigjenerohen, gjë që ndoshta i gëzon përfaqësuesit e industrisë stomatologjike. Kur flasim për dhëmbët e përfaqësuesve të natyrës, menjëherë na vijnë në mendje luani madhështor, requini gjakpirës dhe hijenat shumë pozitive. Megjithatë, pavarësisht fuqisë dhe forcës së çelësave të tyre, dhëmbët e tyre nuk janë aq të jashtëzakonshëm sa ata të gjeles. Po, ky grumbull gjilpërash nën ujë, mbi të cilin ngacmon të prishësh një pjesë të mirë të pushimeve, ka dhëmbë të mjaftueshëm. Sigurisht, ata janë pak, vetëm pesë, por janë unikë në mënyrën e tyre dhe janë në gjendje t'i mprehin vetë. Si e zbuluan shkencëtarët këtë veçori, si ndodh ky proces dhe si mund të ndihmojë njerëzit? Këtë do ta mësojmë nga raporti i grupit kërkues. Le të fillojmë.
Baza e kërkimit
SĂ« pari, duhet ta njohim mĂ« mirĂ« protagonistin e studimit â Strongylocentrotus fragilis, nĂ« gjuhĂ«n njerĂ«zore, me gjelin e roze tĂ« detit. Ky lloj gjeli deti nuk ndryshon shumĂ« nga tĂ« afĂ«rmit e tij tĂ« tjerĂ«, pĂ«rveç formĂ«s mĂ« tĂ« sheshtĂ« nĂ« pol, dhe ngjyrĂ«s sĂ« tij glamur. Ata jetojnĂ« mjaft thellĂ« (nga 100 m deri nĂ« 1 km) dhe arrijnĂ« deri nĂ« 10 cm nĂ« diametĂ«r.
«Skelleti» i gjelit të detit, mbi të cilin dallohet simetria pesëkëndëshe.
Gjelët e detit ndahen, qoftë edhe sa do të duket ashpër, në të saktë dhe të pasakta. Të parët kanë një formë të përafërt rrethore me simetri pesëkëndëshe, ndërsa të dytët janë më asimetrikë.
Gj Ćey qĂ« bien nĂ« sy kur sheh gjelin e detit, janĂ« gjilpĂ«rat qĂ« mbulojnĂ« tĂ«rĂ« trupin. Te lloje tĂ« ndryshme, gjilpĂ«rat mund tĂ« kenĂ« nga 2 mm deri nĂ« 30 cm. PĂ«rveç gjilpĂ«rave, nĂ« trup ka sferidia (organe tĂ« ekuilibrit) dhe pedicellaria (prothtĂ« qĂ« ngjajnĂ« me kapĂ«se).
Në qendër duken qartë të pesë dhëmbët.
Për të ilustruar një je të detit, fillimisht duhet të ktheheni përmbys, pasi goja e tij ndodhet në pjesën e poshtme të trupit, ndërsa hapjet e tjera ndodhen në pjesën e sipërme. Goja e jeve të detit është e pajisur me një aparat për rosën me një emër të bukur shkencor "lanterna e Aristotelit" (Aristoteli ishte i pari që e përshkroi këtë organ dhe e krahasoi atë me një llampë antike portable). Ky organ ka pesë çelësa, secili prej të cilëve përfundon me një dhëmb të mprehtë (lanterna e jeve rozë në studim është e paraqitur në figurën 1C më poshtë).
Ka një supozim se qëndrueshmëria e dhëmbëve të jeve të detit sigurohet nga mprehja e tyre të vazhdueshme, e cila ndodh me anë të shkatërrimit të fazave të pllakave të mineralizuara të dhëmbit për të mbajtur mprehtësinë e sipërfaqes distale.
Por si ndodh saktësisht ky proces, cilët dhëmbë duhet të mprehën dhe cilët jo, dhe si merret kjo vendim i rëndësishëm? Këto janë pyetje për të cilat shkencëtarët përpiqen të gjejnë përgjigje.
Rezultatet e studimit
Imazhi Nr. 1
Para se të zbulojmë sekretet dentale të jeve të detit, le të shqyrtojmë strukturën e dhëmbëve të tyre në përgjithësi.
NĂ« fotografitĂ« 1Aâ1C Ă«shtĂ« treguar hero i hulumtimit â jeu rozĂ« i detit. Si tĂ« tjerĂ«t je tĂ« detit, pĂ«rfaqĂ«suesit e kĂ«tij lloji marrin komponentĂ«t e tyre mineral nga uji i detit. NĂ« mesin e elementĂ«ve skeletorĂ«, dhĂ«mbĂ«t janĂ« shumĂ« tĂ« mineralizuar (deri nĂ« 99%) me kalcit, i pasuruar me magnez.
Siç e kemi diskutuar më parë, jeve përdorin dhëmbët e tyre për të gërryer ushqimin. Por përveç kësaj, ata me ndihmën e dhëmbëve gërmojnë vetes strofulla, në të cilat fshihen nga grabitqarët ose nga moti i keq. Duke marrë parasysh një aplikim kaq të pazakontë për dhëmbët, ata duhen të jenë jashtëzakonisht të fortë dhe të mprehtë.
Në imazh 1D është paraqitur tomografia mikrokomputuese e segmentit të një dhëmbi të plotë, që tregon se dhëmbi formohet përgjatë një kurve eliptike me një pjesë të prerë në formë T.
Pjesa e prerë e dhëmbit (1E) tregon se dhembe përbëhet nga tri zona strukturale: pllakat kryesore, zona e gurit dhe pllakat sekondare. Zona e gurit përbëhet nga fibra me diametër të vogël, të rrethuar nga një mbështjellës organik. Fibra janë të mbyllura në një matricë polikristalore, e përbërë nga grimca kalkari, të pasura me magnez. Diametri i këtyre grimcave është rreth 10-20 nm. Studiuesit vërejnë se përqendrimi i magnezit është jo-homogjen në të gjithë dhëmbin dhe rritet më afër fundit të tij, gjë që siguron një qëndrueshmëri dhe ngurtësi të shtuar.
Prerja longitudinal (1F) e zonas së gurit të dhëmbit tregon shkatërrimin e fibrave, si dhe ndarjen që ndodh për shkak të shkëputjes në kufirin e fibrave dhe mbështjellësit organik.
Pllakat kryesore zakonisht përbëhen nga monokristale kalkari dhe janë të vendosura në sipërfaqen konvexit të dhëmbit, ndërsa pllakat sekondare mbushin sipërfaqen e thelluar.
Në fotografi 1G mund të shihet një masë e pllakatave kryesore të lakuara, që qëndrojnë paralel me njëra-tjetrën. Imazhi gjithashtu tregon fibrat dhe matricën polikristalore që mbush hapësirën mes pllakatave. Killa (1H) formon bazën e seksionit të kryqëzuar T dhe rrit ngurtësinë e dhëmbit gjatë përkuljes.
Tani që e dimë se çfarë strukture ka dhëmbi i jelekut të detit të pinkët, tani duhet të zbulojmë vetitë mekanike të komponenteve të tij. Për këtë, janë kryer teste të kompresimit duke përdorur një mikroskop elektronike raster dhe metodën nanoindentimi*. Në provat nanomekanike morën pjesë mostra të prera përgjatë orientimeve longitudinale dhe transversale të dhëmbit.
Nanoindentimi* â verifikimi i materialit pĂ«rmes metodĂ«s sĂ« shtypjes nĂ« sipĂ«rfaqen e mostrĂ«s me njĂ« instrument tĂ« veçantĂ« â indenter.
Analiza e të dhënave tregoi se moduli mesatar i Youngut (E) dhe ngurtësia (H) në majën e dhëmbit në drejtimet longitudinale dhe transversale janë: EL = 77.3 ± 4.8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (longitudinale) dhe ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3.8 ± 0.6 GPa (transversale).
Moduli i Youngut* â njĂ« madhĂ«si fizike qĂ« pĂ«rshkruan aftĂ«sinĂ« e materialit pĂ«r t'u rezistuar shtrirjes dhe kompresimit.
NgurtĂ«sia* â shenjĂ« e materialit pĂ«r t'u bĂ«rĂ« rezistues ndaj depĂ«rtimit tĂ« njĂ« trupi mĂ« tĂ« fortĂ« (indenter).
Përveç kësaj, në drejtimin longitudinal janë kryer thellime me ngarkesë shtesë ciklike për të krijuar një model të dëmtimit visko-plastik për zonën e gurit. Në 2A tregohet kurba e ngarkesës-shtypjes.
Imazhi â2
Moduli pĂ«r çdo cikĂ«l Ă«shtĂ« kalkuluar mbi bazĂ«n e metodĂ«s Oliver-Pharr duke pĂ«rdorur tĂ« dhĂ«nat e shkarkimit. Ciklet e shtypjes treguan njĂ« reduktim monoton tĂ« modulit me rritjen e thellĂ«sisĂ« sĂ« shtypjes (2B). NjĂ« pĂ«rkeqĂ«sim i tillĂ« i ngurtĂ«sisĂ« shpjegohet me akumulimin e dĂ«mtimeve (2C) si rezultat i deformimit tĂ« pakthyeshĂ«m. ĂshtĂ« e rĂ«ndĂ«sishme tĂ« theksohet se zhvillimi i tretĂ« ndodh rreth fibrave, e jo pĂ«rmes tyre.
Vetitë mekanike të përbërësve të dhëmbëve janë vlerësuar gjithashtu përmes eksperimentesh të kompresionit kvasistatike të mikro-kolonave. Për prodhimin e kolonave përmasash mikrometra është përdorur rrezja e fokusuar e jonit. Për të vlerësuar forcën e lidhjes mes pllakave fillestare në anën konvexe të dhëmbit, janë prodhuar mikro-kolona me orientim këndor në raport me ndërfaqen normale mes pllakave (2D). Në imazhin 2E shikohet një mikro-kolonë me ndërfaqe këndore. Ndërsa në grafik 2F shihen rezultatet e matjes së tensionit të fërkimit.
Shkencëtarët vërejnë një fakt interesante - moduli i matë sipërfaqësor është thuajse dy herë më i vogël se sa në provat e shtypjes. Kjo mos përputhje mes testeve të shtypjes dhe kompresionit vërehet gjithashtu për smaltin e dhëmbëve. Deri më tani ka disa teori që shpjegojnë këtë mos përputhje (nga ndikimi i ambientit gjatë testeve deri te ndotja e mostrave), por akoma nuk ka një përgjigje të qartë se pse ekziston kjo mos përputhje.
Hapi i ardhshëm i kërkimit mbi dhëmbët e jelekut detar përfshin teste të veshjes, të kryera me një mikroskop elektronike të skanimit. Dhëmbi përfshihej në një mbajtës të veçantë dhe shtypet në një nënshtrues prej diamanti ultra-nanokristalor (3A).
Imazhi Nr. 3
Shkencëtarët vërejnë se versioni i tyre i testit të veshjes është e kundërta e atyre që zakonisht kryhen, kur maja e diamantit shtypet në nënshtruesin e materialit të studiuar. Ndryshimet në metodologjinë e testit të veshjes lejojnë një studim më të mirë të vetive të mikrostrukturave dhe përbërësve të dhëmbit.
Siç mund ta shohim në fotografi, kur arrin ngarkesë kritike fillojnë të formohen çarjet. Duhet të merret parasysh se forca e "kapsllëkës" së llambës aristotelike te gjedhësit varion sipas llojit nga 1 deri në 50 newton. Në test, forca ishte nga qindra mikronëwton deri në 1 newton, pra nga 1 deri në 5 newton për të gjithë llambën aristotelike (pasi ka pesë dhëmbë).
Në fotografi 3B(i) dhetë pjesë të vogla (shigjeta e kuqe), të krijuara si rezultat i konsumit të zonës së gurit. Ndërsa zona e gurit konsumit dhe përplaset, çarje në ndërfaqet midis pllakave mund të shfaqen dhe të përhapen si rezultat i ngarkesës së përplasje-shtyp dhe grumbullimit të tensioneve në zonën e pllakave të kalcit. Fotografitë 3B(ii) dhe 3B(iii) tregon vendet ku janë shkëputur fragmente.
Për krahasim, janë kryer dy lloje eksperimentesh mbi konsum: me ngarkesë të vazhdueshme, përkatësisht fillimit të rrjedhshmërisë (WCL), dhe me ngarkesë të vazhdueshme, përkatësisht kufirit të rrjedhshmërisë (WCS). Si rezultat, janë marrë dy variante të konsumit të dhëmbit.
Videot e testeve të konsumit:
Faza I
Faza II
Faza III
Faza IV
Në rastin e ngarkesës së vazhdueshme në testin WCL, u vërejt përplasje e zonës, megjithatë nuk u vërejtën çarje apo dëmtime të tjera të pllakave (4A). Ndërsa në testin WCS, kur forca normale u rrit për të mbajtur tensionin kontaktues nominal konstant, u vërejtën çarje dhe rënie pllakash (4B).
Imazhi Nr. 4
Këto vëzhgime konfirmohen nga grafiku (4Х) i masave të sipërfaqes së përplasje dhe volumit të pllakave të shkëputura në varësi të gjatësi të rrëshqitjes (mbledhja mbi diamant gjatë testit).
Ky grafikon tregon gjithashtu se në rastin e WCL nuk formohen çarje madje edhe nëse distanca e rrëshqitjes është më e madhe se në rastin e WCS. Inspektimi i pllakave të përplashura dhe të shkëputura në 4B lejon një kuptim më të mirë të mekanizmit të vetë-shkallëzimit të dhëmbëve të gjedhësit.
Sipërfaqja e zonës së përplasje të gurit rritet, pasi plaka është shkëputur, duke rezultuar në heqjen e një pjese të zonës së përplasje [4B (iii-v)]. Karakteristikat mikrostukturale, të tilla si lidhja midis gurit dhe pllakave, e lehtësojnë këtë proces. Mikroskopia tregoi se fijet në zonën e gurit përkulen dhe depërtojnë nëpër shtresat e pllakave në pjesën kokëfortë të dhëmbit.
NĂ« grafik 4ĐĄ A jump in the volume of the chipped area is observed when a new plate disconnects from the tooth. Interestingly, at the same moment, there is a sharp decrease in the width of the flattened area (4D), indicating a self-sharpening process.
In simpler terms, these experiments have shown that during the maintenance of a constant normal (non-critical) load during wear tests, the tip becomes dull while the tooth remains sharp. It turns out that the teeth of the hedgehog sharpen during use if the load does not exceed the critical level; otherwise, chips may form instead of sharpening.
Imazhi Nr. 5
To understand the role of the microstructures of the tooth, their properties, and their contribution to the self-sharpening mechanism, a nonlinear analysis of the wear process was conducted using the finite element method (5A). For this, images of the longitudinal section of the tooth tip were used as the basis for a two-dimensional model consisting of rock, plates, a keel, and interfaces between the plates and the rock.
Images 5Bâ5H â are contour plots of the von Mises criterion (plasticity criterion) at the edge of the rock and plate area. When the tooth is compressed, the rock undergoes significant viscoplastic deformations, accumulating damage and compressing ('flattening') (5B dhe 5C). Further compression induces a shear band in the rock, where most of the plastic deformation and damage accumulate, detaching a portion of the rock, leading to its direct contact with the substrate (5D). Such fragmentation of the rock in the present model corresponds to experimental observations (chipped fragments at 3B(i)). Compression also leads to delamination between the plates, as the interface elements are subjected to mixed loading, resulting in decohesion (delamination). As the contact area increases, the contact stresses rise, causing the initiation and propagation of a crack at the interface (5Bâ5E). The loss of adhesion between the plates enhances bending, causing the outer plate to detach.
Scratching exacerbates the damage at the interface, leading to the removal of the plate when the plates are subjected to splitting (where cracks diverge from the interface and penetrate into the plate, 5G). Ndërsa procesi vazhdon, copëzat e pllakës shkëputen nga maja e dhëmbit (5H).
ĂshtĂ« interesante se modelimi parashikon me saktĂ«si ndarjen si nĂ« zonĂ«n e shkĂ«mbinjve ashtu edhe nĂ« zonĂ«n e pllakatave, gjĂ« qĂ« shkencĂ«tarĂ«t e kanĂ« vĂ«nĂ« re gjatĂ« vĂ«zhgimeve (3B dhe 5I).
Për një njohje më të detajuar të nuancave të hulumtimit, rekomandoj të shikoni në dhe për të.
Epilogu
Ky studim e konfirmoi edhe njëherë se evolucioni nuk ishte shumë i favorshëm për dhëmbët e njeriut. Nëse jemi seriozë, në studimin e saj, shkencëtarët arritën të shqyrtojnë dhe të shpjegojnë në detaje mekanizmin e vetë-shkalljes së dhëmbëve të gjitarëve detarë, i cili bazohet në strukturën e pazakontë të dhëmbit dhe ngarkesën e duhur mbi të. Pllakat, që mbulojnë dhëmbin e gjitarëve detarë, shkëputen nën një ngarkesë të caktuar, duke lejuar që dhëmbi të mbetet i mprehtë. Por kjo nuk do të thotë se gjitarët detarë mund të thyejnë gurët, sepse kur arrihen nivele kritike të ngarkesës, krijohen çarje dhe copëzime në dhëmbë. Pra, parimi "forca është, mendja nuk ka nevojë" me siguri nuk do të sillte dobi.
Mund tĂ« duket se studimi i dhĂ«mbĂ«ve tĂ« banorĂ«ve tĂ« thellĂ«sive detare nuk sjell asnjĂ« dobi pĂ«r njeriun, pĂ«rveç kĂ«naqjes sĂ« kuriozitetit tĂ« pandashĂ«m njerĂ«zor. MegjithatĂ«, njohuritĂ« e fituara gjatĂ« kĂ«tij studimi mund tĂ« shĂ«rbejnĂ« si baza pĂ«r krijimin e llojeve tĂ« reja materialesh qĂ« do tĂ« kenĂ« pronĂ«si tĂ« ngjashme me dhĂ«mbĂ«t e gjitarĂ«ve detarĂ« â rezistencĂ« ndaj konsumit, vetĂ«-shkallje nĂ« nivelin e materialit pa ndihmĂ« tĂ« jashtme dhe qĂ«ndrueshmĂ«ri.
Sidoqoftë, natyra fsheh shumë sekrete që na presin akoma për t'u zbuluar. A do të jenë ato të dobishme? Ndoshta po, ndoshta jo. Por ndonjëherë në studimet më të vështira rëndësi ka jo destinacioni, por vetë udhëtimi.
Tema e përgjithshme e Premtes:
KĂ«to pyje nĂ«nujore tĂ« algave gjigande shĂ«rbejnĂ« si vend mbledhjeje pĂ«r gjitarĂ«t detarĂ« dhe banorĂ« tĂ« tjerĂ« tĂ« pazakontĂ« tĂ« oqeaneve. (BBC Earth, zĂ«ri nĂ« sfond â David Attenborough).
Faleminderit pĂ«r vĂ«mendjen, qĂ«ndroni kureshtar dhe u dĂ«shiroj njĂ« fundjavĂ« tĂ« shkĂ«lqyer, djem! đ
Faleminderit që qëndroni me ne. Ju pëlqejnë artikujt tanë? Dëshironi të shihni më shumë materiale interesante? Na mbështetni duke bërë një porosi ose duke na rekomanduar miqve tuaj. 30% zbritje për përdoruesit e Habra në një analog unik të serverëve entry-level, të cilin e kemi shpikur për ju: (opcionet me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40GB DDR4 janë të disponueshme).
Dell R730xd pĂ«r dy herĂ« mĂ« lirĂ«? VetĂ«m te ne nĂ« HolandĂ«! Dell R420 â 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB â nga $99! Lexoni rreth
Burimi: habr.com
