Njerëzit më së shpeshti i lidhin bisedat për dhëmbët me kariesin, telat dhe sadistët me pallto të bardha që ëndërrojnë vetëm të bëjnë rruaza nga dhëmbët tuaj. Por shakatë mënjanë, sepse pa dentistë dhe rregulla të vendosura të higjienës orale, unë dhe ti do të hanim vetëm patate të grimcuara dhe supë me kashtë. Dhe e gjithë kjo është fajtore për evolucionin, i cili na ka dhënë dhëmbët më të qëndrueshëm, të cilët gjithashtu nuk rigjenerohen, gjë që ndoshta i bën përfaqësuesit e industrisë dentare jashtëzakonisht të lumtur. Nëse flasim për dhëmbët e përfaqësuesve të kafshëve të egra, atëherë luanët madhështor, peshkaqenë të etur për gjak dhe hienat jashtëzakonisht pozitive vijnë menjëherë në mendje. Megjithatë, pavarësisht fuqisë dhe forcës së nofullave të tyre, dhëmbët e tyre nuk janë aq të mahnitshëm sa dhëmbët e iriqëve të detit. Po, kjo gungë gjilpërash nën ujë, e cila nëse e shkel, mund të prishë një pjesë të mirë të pushimeve, ka dhëmbë mjaft të mirë. Sigurisht, nuk ka shumë prej tyre, vetëm pesë, por ato janë unike në mënyrën e tyre dhe janë të afta të mprehen. Si e zbuluan shkencëtarët këtë veçori, si ndodh saktësisht ky proces dhe si mund t'i ndihmojë njerëzit? Këtë e mësojmë nga raporti i grupit hulumtues. Shkoni.
Baza e studimit
Para së gjithash, ia vlen të njiheni me personazhin kryesor të studimit - Strongylocentrotus fragilis, ose në terma njerëzorë, një iriq deti rozë. Ky lloj i iriqit të detit nuk është shumë i ndryshëm nga homologët e tjerë, me përjashtim të një forme më të rrafshuar dhe ngjyrës magjepsëse. Ata jetojnë mjaft thellë (nga 100 m në 1 km) dhe rriten deri në 10 cm në diametër.
“Skeleti” i një iriq deti, i cili tregon simetri me pesë rreze.
Iriqet e detit, sado të ashpra mund të tingëllojnë, janë të drejta dhe të gabuara. Të parët kanë një formë trupi pothuajse krejtësisht të rrumbullakët me simetri të theksuar me pesë rreze, ndërsa të dytat janë më asimetrike.
Gjëja e parë që ju bie në sy kur shihni një iriq deti është kurrizet e tij që mbulojnë të gjithë trupin. Në specie të ndryshme, gjilpërat mund të jenë nga 2 mm deri në 30 cm. Përveç gjilpërave, trupi ka sferidia (organet e ekuilibrit) dhe pedicellaria (procese që ngjajnë me pincë).
Të pesë dhëmbët janë qartë të dukshëm në qendër.
Për të përshkruar një iriq deti, së pari duhet të qëndroni me kokë poshtë, pasi hapja e gojës së saj ndodhet në pjesën e poshtme të trupit, por hapjet e tjera janë në pjesën e sipërme. Goja e iriqëve të detit është e pajisur me një aparat përtypës me emrin e bukur shkencor "feneri i Aristotelit" (ishte Aristoteli që e përshkroi i pari këtë organ dhe e krahasoi formën e tij me një fanar portativ antik). Ky organ është i pajisur me pesë nofulla, secila prej të cilave përfundon me një dhëmb të mprehtë (fanari aristotelian i iriqit rozë që po ekzaminohet tregohet në imazhin 1C më poshtë).
Ekziston një supozim se qëndrueshmëria e dhëmbëve të iriqit të detit sigurohet nga mprehja e vazhdueshme e tyre, e cila ndodh përmes shkatërrimit gradual të pllakave të mineralizuara të dhëmbit për të ruajtur mprehtësinë e sipërfaqes distale.
Por si funksionon saktësisht ky proces, cilët dhëmbë duhet të mprehen dhe cilët jo dhe si merret ky vendim i rëndësishëm? Shkencëtarët u përpoqën të gjenin përgjigje për këto pyetje.
Rezultatet e studimit
Imazhi numër 1
Përpara se të zbulojmë sekretet dentare të iriqëve të detit, le të shohim strukturën e dhëmbëve të tyre në tërësi.
Në fotot 1A-1S tregohet heroi i studimit - një iriq deti rozë. Ashtu si iriqët e tjerë të detit, përfaqësuesit e kësaj specie i marrin përbërësit e tyre mineral nga uji i detit. Ndër elementët skeletorë, dhëmbët janë shumë të mineralizuar (99%) me kalcit të pasuruar me magnez.
Siç kemi diskutuar më parë, iriqët përdorin dhëmbët e tyre për të kruar ushqimin. Por përveç kësaj, ata përdorin dhëmbët e tyre për të hapur gropa për veten e tyre, në të cilat fshihen nga grabitqarët ose moti i keq. Duke pasur parasysh këtë përdorim të pazakontë për dhëmbët, këta të fundit duhet të jenë jashtëzakonisht të fortë dhe të mprehtë.
Në imazh 1D Tregohet tomografia mikrokompjuterike e një segmenti të një dhëmbi të tërë, duke treguar se dhëmbi është formuar përgjatë një kurbë eliptike me një prerje tërthore në formë T.
Seksion kryq i dhëmbit (1E) tregon se një dhëmb përbëhet nga tre rajone strukturore: lamina primare, rajoni gur dhe laminat sekondare. Zona e gurit përbëhet nga fibra me diametër të vogël të rrethuar nga një guaskë organike. Fijet janë të ngulitura në një matricë polikristaline të përbërë nga grimca kalciti të pasura me magnez. Diametri i këtyre grimcave është rreth 10-20 nm. Studiuesit vërejnë se përqendrimi i magnezit nuk është i njëtrajtshëm në të gjithë dhëmbin dhe rritet drejt fundit, gjë që siguron rritjen e rezistencës ndaj konsumit dhe ngurtësimit.
Seksioni gjatësor (1F) zona e gurit të dhëmbit tregon shkatërrimin e fibrave, si dhe avulsionin, i cili ndodh për shkak të shtrembërimit në ndërfaqen e fibrave dhe membranës organike.
Pllakat primare zakonisht përbëhen nga njëkristal kalciti dhe ndodhen në sipërfaqen konvekse të dhëmbit, ndërsa pllakat dytësore mbushin sipërfaqen konkave.
Në foto 1G një grup pllakash primare të lakuara mund të shihen të shtrira paralel me njëra-tjetrën. Imazhi gjithashtu tregon fijet dhe matricën polikristaline që mbushin hapësirën midis pllakave. Kiel (1H) formon bazën e prerjes tërthore T dhe rrit ngurtësinë e përkuljes së dhëmbit.
Tani që e njohim strukturën e një dhëmbi rozë të iriqit të detit, tani duhet të kuptojmë vetitë mekanike të përbërësve të tij. Për këtë qëllim, testet e kompresimit u kryen duke përdorur një mikroskop elektronik skanues dhe nanoindentacion*. Testet nanomekanike përfshinin mostra të prera përgjatë orientimeve gjatësore dhe tërthore të dhëmbit.
Nanoindentacion* - testimi i materialit duke shtypur një mjet të posaçëm - një dhëmbëzues - në sipërfaqen e kampionit.
Analiza e të dhënave tregoi se moduli mesatar i Young (E) dhe fortësia (H) në majën e dhëmbit në drejtimet gjatësore dhe tërthore janë: EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (gjatësore) dhe ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (tërthor).
Moduli i Young* - një sasi fizike që përshkruan aftësinë e një materiali për t'i rezistuar tensionit dhe ngjeshjes.
Fortësia* - vetia e një materiali për t'i rezistuar depërtimit të një trupi më të fortë (indenter).
Përveç kësaj, janë bërë dhëmbëzime me ngarkim shtesë ciklik në drejtimin gjatësor për të krijuar një model dëmtimi visko-plastik për zonën e gurit. Aktiv 2A tregohet kurba ngarkesë-zhvendosje.
Imazhi numër 2
Moduli për çdo cikël është llogaritur bazuar në metodën Oliver-Pharr duke përdorur të dhënat e shkarkimit. Ciklet e dhëmbëzimit treguan një rënie monotonike të modulit me rritjen e thellësisë së dhëmbëzimit (2V). Ky përkeqësim i ngurtësisë shpjegohet me akumulimin e dëmtimit (2C) si pasojë e deformimit të pakthyeshëm. Vlen të përmendet se zhvillimi i të tretës ndodh rreth fibrave, dhe jo përmes tyre.
Vetitë mekanike të përbërësve të dhëmbëve u vlerësuan gjithashtu duke përdorur eksperimente të kompresimit me mikroshtylla kuazi-statike. Një rreze jonike e fokusuar u përdor për të prodhuar shtylla me madhësi mikrometër. Për të vlerësuar forcën e lidhjes midis pllakave parësore në anën konvekse të dhëmbit, mikroshtylla u fabrikuar me një orientim të zhdrejtë në lidhje me ndërfaqen normale midis pllakave (2D). Në foto 2E tregohet një mikroshtyllë me një ndërfaqe të pjerrët. Dhe në grafik 2F tregohen rezultatet e matjeve të stresit prerës.
Shkencëtarët vërejnë një fakt interesant - moduli i matur elastik është pothuajse gjysma e testeve të dhëmbëzimit. Kjo mospërputhje midis testeve të dhëmbëzimit dhe kompresimit është vërejtur edhe për smaltin e dhëmbëve. Për momentin, ekzistojnë disa teori për të shpjeguar këtë mospërputhje (nga ndikimet mjedisore gjatë testeve deri te kontaminimi i kampionit), por ende nuk ka një përgjigje të qartë për pyetjen se pse ndodh mospërputhja.
Hapi tjetër në studimin e dhëmbëve të iriqit të detit ishin testet e konsumit të kryera duke përdorur një mikroskop elektronik skanues. Dhëmbi u ngjit në një mbajtës të veçantë dhe u shtyp mbi një substrat diamanti ultrananokristaline (3A).
Imazhi numër 3
Shkencëtarët vërejnë se versioni i tyre i testit të konsumit është e kundërta e asaj që bëhet zakonisht, ku një majë diamanti shtypet në një substrat të materialit që testohet. Ndryshimet në teknikat e testimit të konsumit lejojnë një kuptim më të mirë të vetive të mikrostrukturave dhe përbërësve të dhëmbit.
Siç mund ta shohim në foto, kur arrihet ngarkesa kritike, patate të skuqura fillojnë të formohen. Vlen të merret parasysh se forca e "kafshimit" të fenerit të Aristotelit në iriqët e detit ndryshon në varësi të specieve nga 1 deri në 50 njuton. Në provë u përdor një forcë nga qindra mikronjuton në 1 njuton, d.m.th. nga 1 deri në 5 njuton për të gjithë fanarin Aristotelian (pasi janë pesë dhëmbë).
Në foto 3B(i) grimcat e imta të dukshme (shigjeta e kuqe) të formuara si rezultat i konsumimit në zonën e gurit. Ndërsa zona e gurit konsumohet dhe tkurret, çarjet në ndërfaqet midis pllakave mund të zhvillohen dhe përhapen për shkak të ngarkimit me prerje në shtypje dhe akumulimit të stresit në zonën e pllakës së kalcitit. Fotot 3B(ii) и 3B(iii) tregojnë vendet ku u shkëputën fragmentet.
Për krahasim, u kryen dy lloje eksperimentesh të konsumit: me një ngarkesë konstante që korrespondon me fillimin e rendimentit (WCL) dhe me një ngarkesë konstante që korrespondon me stresin e rendimentit (WCS). Si rezultat, u përftuan dy lloje të konsumimit të dhëmbëve.
Video e testit të veshjes:
Faza I
Faza II
Faza III
Faza IV
Nën ngarkesë konstante, ngjeshja e zonës u vu re në testin WCL, por nuk u vu re asnjë copëzim ose dëmtim tjetër në pllaka (4A). Por në testin WCS, kur forca normale u rrit për të mbajtur konstante stresin nominal të kontaktit, u vu re copëtimi dhe humbja e pllakave (4V).
Imazhi numër 4
Këto vëzhgime konfirmohen nga grafiku (4S) matjet e zonës së ngjeshjes dhe vëllimit të pllakave të copëtuara në varësi të gjatësisë së rrëshqitjes (të mostrës në diamant gjatë provës).
Ky grafik tregon gjithashtu se në rastin e WCL, çipat nuk formohen edhe nëse distanca e rrëshqitjes është më e madhe se në rastin e WCS. Inspektimi i pllakave të ngjeshura dhe të copëtuara për 4V na lejon të kuptojmë më mirë mekanizmin vetë-mprehës të dhëmbëve të iriqit të detit.
Sipërfaqja e zonës së ngjeshur të gurit rritet ndërsa pllaka shkëputet, duke hequr një pjesë të zonës së ngjeshur [4B (iii-v)]. Karakteristikat mikrostrukturore të tilla si lidhja midis gurit dhe pllakave e lehtësojnë këtë proces. Mikroskopi tregoi se fijet në zonën e gurit u përkulën dhe depërtonin nëpër shtresat e pllakave në pjesën konvekse të dhëmbit.
Në tabelë 4S një kërcim në vëllim i zonës së copëtuar është i dukshëm kur pllaka e re shkëputet nga dhëmbi. Është kurioze që në të njëjtin moment ka një rënie të mprehtë në gjerësinë e rajonit të rrafshuar (4D), që tregon një proces vetë-mprehjeje.
E thënë thjesht, këto eksperimente treguan se kur një ngarkesë konstante normale (jo kritike) mbahet gjatë testeve të konsumit, maja bëhet e shurdhër ndërsa dhëmbi mbetet i mprehtë. Rezulton se dhëmbët e iriqëve mprehen gjatë përdorimit, nëse ngarkesa nuk e kalon kritikën, përndryshe mund të ndodhë dëmtim (patate të skuqura) në vend të mprehjes.
Imazhi numër 5
Për të kuptuar rolin e mikrostrukturave të dhëmbëve, vetitë e tyre dhe kontributin e tyre në mekanizmin e vetë-mprehjes, u krye një analizë jolineare e elementeve të fundme të procesit të konsumit.5A). Për ta bërë këtë, u përdorën fotografi të një seksioni gjatësor të majës së dhëmbit, të cilat shërbyen si bazë për një model dydimensional të përbërë nga guri, pllaka, keel dhe ndërfaqet midis pllakave dhe gurit.
imazh 5B-5H janë parcela konturore të kriterit von Mises (kriteri i plasticitetit) në skajin e rajonit të gurit dhe të pllakës. Kur një dhëmb ngjeshet, guri pëson deformime të mëdha viskoplastike, grumbullon dëmtime dhe tkurret ("rrafshohet") (5B и 5C). Kompresimi i mëtejshëm shkakton një brez prerës në gur, ku një pjesë e madhe e deformimit dhe dëmtimit plastik grumbullohet, duke shkëputur një pjesë të gurit, duke e sjellë atë në kontakt të drejtpërdrejtë me nënshtresën (5D). Një fragmentim i tillë guri në këtë model korrespondon me vëzhgimet eksperimentale (fragmente të thyera në 3B(i)). Kompresimi gjithashtu shkakton delamination midis pllakave pasi elementët e ndërfaqes i nënshtrohen ngarkesave të përziera, duke rezultuar në dekohezion (delamination). Ndërsa zona e kontaktit rritet, streset e kontaktit rriten, duke shkaktuar fillimin dhe përhapjen e çarjes në ndërfaqe (5B-5E). Humbja e ngjitjes midis pllakave rrit përkuljen që shkakton shkëputjen e pllakës së jashtme.
Gërvishtja përkeqëson dëmtimin e ndërfaqes, duke çuar në heqjen e vaferës kur vaferi(et) i nënshtrohen ndarjes (ku çarjet devijojnë nga ndërfaqja dhe depërtojnë në vaferë, 5G). Ndërsa procesi vazhdon, fragmente të pllakës shkëputen nga maja e dhëmbit (5H).
Është interesante se modelimi parashikon me shumë saktësi copëzimin si në zonën e gurit ashtu edhe në pllakën, të cilat shkencëtarët e kanë vërejtur tashmë gjatë vëzhgimeve (3B и 5I).
Për një kuptim më të detajuar të nuancave të studimit, unë rekomandoj t'i hidhni një sy и atij
epilog
Kjo punë konfirmoi edhe një herë se evolucioni nuk ishte shumë i favorshëm për dhëmbët e njeriut. Seriozisht, në studimin e tyre, shkencëtarët arritën të ekzaminojnë në detaje dhe të shpjegojnë mekanizmin vetë-mprehës të dhëmbëve të iriqit të detit, i cili bazohet në strukturën e pazakontë të dhëmbit dhe ngarkesën e saktë në të. Pllakat që mbulojnë dhëmbin e iriqit zhvishen nën një ngarkesë të caktuar, gjë që ndihmon në mbajtjen e dhëmbit të mprehtë. Por kjo nuk do të thotë që iriqët e detit mund të shtypin gurët, sepse kur arrihen treguesit kritik të ngarkesës, në dhëmbë krijohen çarje dhe patate të skuqura. Rezulton se parimi "ju keni forcë, nuk keni nevojë për inteligjencë" sigurisht që nuk do të sillte ndonjë përfitim.
Dikush mund të mendojë se studimi i dhëmbëve të banorëve të detit të thellë nuk sjell asnjë përfitim për njerëzit, përveçse kënaq kureshtjen e pangopur njerëzore. Megjithatë, njohuritë e marra nga ky hulumtim mund të shërbejnë si bazë për krijimin e llojeve të reja të materialeve që do të kenë veti të ngjashme me dhëmbët e iriqit - rezistencë ndaj konsumit, vetë-mprehje në nivel materiali pa ndihmë të jashtme dhe qëndrueshmëri.
Sido që të jetë, natyra fsheh shumë sekrete që ende nuk i kemi zbuluar. A do të jenë të dobishëm? Ndoshta po, ndoshta jo. Por ndonjëherë, edhe në kërkimet më komplekse, nganjëherë nuk është i rëndësishëm destinacioni, por vetë udhëtimi.
E premte jashtë topit:
Pyjet gjigante nënujore të leshterikëve shërbejnë si një vend grumbullimi për iriqët e detit dhe krijesat e tjera të pazakonta të oqeanit. (BBC Earth, zëri nga David Attenborough).
Faleminderit që lexoni, qëndroni kurioz dhe kaloni një fundjavë të mrekullueshme djema! 🙂
Faleminderit që qëndruat me ne. A ju pëlqejnë artikujt tanë? Dëshironi të shihni përmbajtje më interesante? Na mbështesni duke bërë një porosi ose duke rekomanduar miqve, 30% zbritje për përdoruesit e Habr në një analog unik të serverëve të nivelit të hyrjes, i cili u shpik nga ne për ju: (e disponueshme me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 herë më lirë? Vetëm këtu në Holandë! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - nga 99 dollarë! Lexoni rreth
Burimi: www.habr.com