Jalma-jalma paling sering ngahubungkeun paguneman ngeunaan huntu sareng caries, braces sareng sadis dina jas bodas anu ngan ukur ngimpi ngadamel manik tina huntu anjeun. Tapi guyonan kumisan, sabab tanpa dokter gigi jeung ngadegkeun aturan kasehatan lisan, anjeun jeung kuring ngan bakal dahar kentang crushed jeung sup ngaliwatan jarami a. Jeung éta kabéh ngalepatkeun pikeun évolusi, nu geus dibikeun kami tebih ti huntu paling awét, nu ogé teu baranahan, nu meureun ngajadikeun wawakil industri dental incredibly senang. Lamun urang ngobrol ngeunaan huntu wawakil satwa, éta langsung datang ka pikiran singa megah, hiu haus getih jeung hyenas pisan positif. Sanajan kitu, sanajan kakuatan sarta kakuatan rahang maranéhanana, huntu maranéhanana henteu endah saperti huntu urchins laut. Leres, lump jarum ieu dina cai, anu, upami anjeun ngaléngkah, tiasa ngarusak bagian anu saé liburan anjeun, ngagaduhan huntu anu saé. Tangtosna, henteu seueur di antarana, ngan ukur lima, tapi aranjeunna unik dina cara sorangan sareng sanggup ngasah diri. Kumaha para ilmuwan mendakan fitur ieu, kumaha persisna prosés ieu lumangsung, sareng kumaha éta tiasa ngabantosan jalma? Urang diajar ngeunaan ieu tina laporan grup panalungtikan. indit.
Dasar panalungtikan
Anu mimiti, éta patut uninga karakter utama ulikan - Strongylocentrotus fragilis, atawa dina istilah manusa, landak laut pink. Jenis landak laut ieu henteu béda pisan sareng anu sanés, kecuali bentukna anu langkung datar sareng warna anu glamor. Aranjeunna hirup rada jero (tina 100 m nepi ka 1 km), sarta tumuwuh nepi ka 10 cm diaméterna.
"Rorongkong" landak laut, anu nunjukkeun simétri lima sinar.
Lauk laut téh, sakumaha kasar sakumaha sigana, bener jeung salah. Urut boga bentuk awak ampir sampurna buleud kalayan simétri lima-sinar diucapkeun, sedengkeun dimungkinkeun aya leuwih asimétri.
Hal kahiji anu narik panon anjeun nalika ningali landak laut nyaéta tulang tonggongna anu nutupan sakujur awakna. Dina spésiés anu béda, jarum tiasa ti 2 mm dugi ka 30 cm.Salian ti jarum, awakna ngagaduhan spheridia (organ kasaimbangan) sareng pedicellaria (prosés anu nyarupaan forceps).
Lima huntu jelas katempo di tengah.
Pikeun ngagambarkeun landak laut, Anjeun mimitina kudu nangtung tibalik ka handap, sabab bukaan sungutna aya dina bagian handap awak, tapi bukaan lianna aya di bagean luhur. Sungut landak laut dilengkepan alat mamah anu nami ilmiah anu éndah "Lantera Aristoteles" (éta Aristoteles anu munggaran ngajelaskeun organ ieu sareng ngabandingkeun bentukna ka lantera portabel antik). Organ ieu dilengkepan lima rahang, nu masing-masing ditungtungan ku huntu seukeut (lantera Aristotelian tina landak pink keur nalungtik ditémbongkeun dina gambar 1C handap).
Aya anggapan yén durability huntu landak laut geus ensured ku Asah konstan maranéhanana, anu lumangsung ngaliwatan karuksakan bertahap tina pelat mineralized huntu pikeun ngajaga seukeutna gambar tina beungeut distal.
Tapi kumaha persisna prosés ieu jalan, huntu mana anu kedah diasah sareng mana anu henteu, sareng kumaha kaputusan penting ieu dilakukeun? Élmuwan nyobian mendakan jawaban kana patarosan ieu.
Hasil panilitian
Gambar #1
Sateuacan ngungkabkeun rahasia dental urchins laut, hayu urang tingali struktur huntuna sacara gembleng.
Dina gambar 1A-1S pahlawan ulikan ditémbongkeun - landak laut pink. Sapertos landak laut sanés, wawakil spésiés ieu nampi komponén mineralna tina cai laut. Di antara elemen rangka, huntu téh kacida mineralized (99%) jeung kalsit enriched magnésium.
Salaku urang bahas saméméhna, landak ngagunakeun huntu maranéhna pikeun kerok dahareun. Tapi sagigireun ieu, aranjeunna nganggo huntu pikeun ngagali liang pikeun dirina, dimana aranjeunna nyumput tina prédator atanapi cuaca goréng. Dibikeun pamakean anu teu biasa pikeun huntu, anu terakhir kedah kuat pisan sareng seukeut.
Dina gambar 1D tomography microcomputed tina ruas sakabeh huntu ditémbongkeun, némbongkeun yén huntu kabentuk sapanjang hiji kurva elliptical kalawan cross-bagian T ngawangun.
bagian melintang tina huntu (1E) nunjukeun yen hiji huntu diwangun ku tilu wewengkon struktural: lamina primér, wewengkon kalkulus, jeung lamina sekundér. Wewengkon batu diwangun ku serat diaméterna leutik dikurilingan ku cangkang organik. Serat-seratna diasupkeun kana matriks polikristalin anu diwangun ku partikel kalsit anu beunghar magnesium. Diaméter partikel ieu kira-kira 10-20 nm. Para panalungtik dicatet yén konsentrasi magnésium teu seragam sakuliah huntu jeung naek nuju tungtung, nu nyadiakeun ngaronjat lalawanan maké jeung karasa.
Bagian longitudinal (1F) wewengkon batu huntu nembongkeun karuksakan serat, kitu ogé avulsion, nu lumangsung alatan delamination dina panganteur serat jeung mémbran organik.
Lempeng primér biasana diwangun ku kristal tunggal kalsit sarta ayana dina beungeut convex huntu, sedengkeun pelat sekundér ngeusian beungeut kerung.
Dina gambar 1G A Asép Sunandar Sunarya ti pelat primér melengkung bisa ditempo bohong sajajar jeung unggal lianna. Gambar ogé nunjukkeun serat sareng matriks polikristalin ngeusian rohangan antara pelat. Kiel (1H) ngabentuk dasar tina cross-bagian T-bagian jeung ngaronjatkeun rigidity bending huntu.
Ayeuna urang terang struktur huntu landak laut pink, urang ayeuna kudu angka kaluar sipat mékanis komponén na. Pikeun tujuan ieu, tés komprési dilaksanakeun nganggo mikroskop éléktron scanning sareng nanoindentation*. Tés nanomékanis ngalibatkeun sampel anu dipotong sapanjang orientasi longitudinal sareng transversal huntu.
Nanoindentation* - nguji bahan ku mencét alat husus - indenter - kana beungeut sampel.
Analisis data nunjukkeun yén rata-rata modulus Young (E) sareng karasa (H) dina ujung huntu dina arah longitudinal sareng transversal nyaéta: EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (longitudinal) sareng ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (transversal).
Modulus ngora* - kuantitas fisik anu ngajelaskeun kamampuan bahan pikeun nolak tegangan sareng komprési.
Teu karasa* - sipat bahan pikeun nolak penetrasi awak harder (indenter).
Salaku tambahan, indentations sareng beban tambahan siklik dilakukeun dina arah longitudinal pikeun nyiptakeun modél karusakan visco-plastik pikeun daérah batu. Dina 2A kurva beban-pindahan ditémbongkeun.
Gambar #2
Modulus pikeun tiap siklus diitung dumasar kana métode Oliver-Pharr ngagunakeun data unloading. Siklus indentasi nunjukkeun panurunan monoton dina modulus kalayan ningkatna jero indentasi (2V). Deterioration dina stiffness ieu dijelaskeun ku akumulasi karuksakan (2C) salaku hasil tina deformasi teu bisa balik. Éta noteworthy yén ngembangkeun katilu lumangsung sabudeureun serat, teu ngaliwatan aranjeunna.
Sipat mékanis konstituén huntu ogé ditaksir ngagunakeun ékspérimén komprési micropillar kuasi-statik. Beam ion fokus dipaké pikeun ngahasilkeun pilar ukuran mikrométer. Pikeun meunteun kakuatan beungkeut antara pelat primér dina sisi gilig huntu, micropillars dijieun kalayan orientasi serong relatif ka panganteur normal antara pelat (2D). Dina gambar 2E a micropillar kalawan panganteur condong ditémbongkeun. Jeung dina grafik 2F hasil pangukuran tegangan geser ditémbongkeun.
Élmuwan nyatet kanyataan anu pikaresepeun - modulus elastis anu diukur ampir satengah tina tés indentasi. Ieu bédana antara indentation jeung tés komprési ogé geus nyatet pikeun enamel huntu. Di momen, aya sababaraha téori pikeun ngajelaskeun bédana ieu (tina pangaruh lingkungan salila tés pikeun sampel kontaminasi), tapi aya kénéh euweuh jawaban jelas kana sual naha bédana lumangsung.
Léngkah satuluyna dina ulikan ngeunaan huntu landak laut nyaéta tés maké dilaksanakeun ngagunakeun mikroskop éléktron scanning. Waosna ditempelkeun kana wadah khusus sareng dipencet kana substrat inten ultrananocrystalline (3A).
Gambar #3
Élmuwan nyatakeun yén versi tés ngagemna nyaéta sabalikna tina anu biasana dilakukeun, dimana ujung inten dipencet kana substrat tina bahan anu diuji. Parobahan téknik nguji maké ngamungkinkeun pikeun pamahaman hadé ngeunaan sipat microstructures sareng komponenana huntu.
Sakumaha anu urang tingali dina gambar, nalika beban kritis ngahontal, chip ngawitan ngabentuk. Eta sia tempo yén gaya "ngegel" tina lantera Aristoteles dina urchins laut beda-beda gumantung kana spésiésna ti 1 nepi ka 50 newtons. Dina tés, gaya ti ratusan micronewtons ka 1 newton dipaké, i.e. ti 1 ka 5 newton pikeun sakabéh lantern Aristotelian (saprak aya lima huntu).
Dina gambar 3B(i) partikel halus katempo (panah beureum) kabentuk salaku hasil maké dina aréa batu. Salaku aréa batu ageman jeung kontrak, retakan di interfaces antara pelat bisa ngamekarkeun tur propagate alatan beban komprési-geser jeung akumulasi stress dina aréa plat kalsit. Gambar 3B(ii) и 3B(iii) némbongkeun tempat dimana fragmen peupeus off.
Pikeun babandingan, dua jinis ékspérimén ngagem dilaksanakeun: kalayan beban konstan pakait sareng awal ngahasilkeun (WCL) sareng kalayan beban konstan pakait sareng tegangan ngahasilkeun (WCS). Hasilna, dua jinis ngagem huntu dicandak.
Nganggo test video:
Tahap I
Tahap II
Tahap III
Tahap IV
Dina beban anu konstan, komprési daérah dititénan dina uji WCL, tapi henteu aya chipping atanapi karusakan sanés kana piring anu ditingali (4A). Tapi dina uji WCS, nalika gaya normal dironjatkeun pikeun ngajaga konstanta tegangan kontak nominal, chipping sareng leungitna pelat dititénan (4V).
Gambar #4
Observasi ieu dikonfirmasi ku grafik (4S) ukuran wewengkon komprési jeung volume pelat chipped gumantung kana panjang ngageser (tina sampel dina inten salila uji).
Grafik ieu ogé nunjukkeun yén dina kasus WCL, chip henteu ngabentuk sanajan jarak ngageser langkung ageung tibatan dina kasus WCS. Inspeksi pelat dikomprés sarta chipped pikeun 4V ngamungkinkeun urang pikeun leuwih hadé ngartos mékanisme timer Asah huntu landak laut.
Wewengkon daérah anu dikomprés tina batu naék nalika pelat ngarecah, ngaleungitkeun bagian tina daérah anu dikomprés. [4B (iii-v)]. Fitur mikrostruktur sapertos beungkeutan antara batu sareng slabs ngagampangkeun prosés ieu. Mikroskopi némbongkeun yén serat di wewengkon kalkulus melengkung tur tembus ngaliwatan lapisan pelat dina bagian convex huntu.
Dina bagan 4S a luncat dina volume wewengkon chipped katempo nalika piring anyar ieu detached tina huntu. Panasaran yén dina waktos anu sami aya panurunan anu seukeut dina lebar daérah datar (4D), anu nunjukkeun prosés ngasah diri.
Kantun nempatkeun, percobaan ieu némbongkeun yén nalika beban normal (henteu kritis) konstan dijaga salila tés maké, ujung jadi kusam bari huntu tetep seukeut. Tétéla éta huntu landak 'diasah salila pamakéan, lamun beban teu ngaleuwihan kritis, disebutkeun karuksakan (chip) bisa lumangsung tinimbang ngasah.
Gambar #5
Pikeun ngartos peran mikrostruktur huntu, pasipatanana sareng kontribusina kana mékanisme ngasah diri, analisis unsur terhingga nonlinier tina prosés ngagem dilaksanakeun (5A). Jang ngalampahkeun ieu, foto tina bagian longitudinal ujung huntu dipaké, nu dijadikeun dadasar pikeun model dua diménsi diwangun ku batu, pelat, keel jeung interfaces antara pelat jeung batu.
Gambar 5B-5H mangrupakeun plot kontur tina kriteria von Mises (kriteria plastisitas) di tepi wewengkon batu jeung slab. Lamun huntu dikomprés, batu ngalaman deformasi viscoplastic badag, accumulates karuksakan, sarta kontrak ("flattens") (5B и 5C). Komprési salajengna ngabalukarkeun pita geser dina batu, dimana loba deformasi plastik jeung karuksakan accumulates, tearing off bagian batu, bringing kana kontak langsung jeung substrat (5D). Fragméntasi batu sapertos dina modél ieu pakait sareng observasi ékspérimén (pecahan pecahan dina 3B(i)). Komprési ogé ngabalukarkeun delamination antara pelat salaku elemen panganteur anu subjected kana beban dicampur, hasilna decohesion (delamination). Nalika aréa kontak nambahan, tegangan kontak nambahan, ngabalukarkeun inisiasi retakan jeung rambatan dina panganteur (5B-5E). Leungitna adhesion antara pelat ngaronjatkeun bending nu ngabalukarkeun pelat luar jadi detached.
Scratching exacerbates karuksakan panganteur, ngarah kana panyabutan wafer nalika wafer (s) ngalaman pembelahan (dimana retakan nyimpang tina panganteur tur tembus kana wafer nu, 5G). Nalika prosésna diteruskeun, serpihan pelat jadi leupas tina ujung huntu (5H).
Narikna, modeling akurat pisan ngaduga chipping dina batu jeung wewengkon plat, nu élmuwan geus noticed salila observasi (3B и 5I).
Pikeun kenalan anu langkung rinci sareng nuansa pangajaran, kuring nyarankeun ningali и ka anjeunna.
epilog
Karya ieu sakali deui dikonfirmasi yén évolusi teu pisan nguntungkeun pikeun huntu manusa. Serius, dina ulikan maranéhanana, élmuwan éta bisa nalungtik di jéntré tur ngajelaskeun mékanisme timer Asah huntu landak laut, nu dumasar kana struktur mahiwal huntu jeung beban bener dina eta. Lempeng nu nutupan huntu landak mesek dina beban nu tangtu, nu mantuan ngajaga huntu seukeut. Tapi ieu lain hartosna yén landak laut bisa naksir batu, sabab lamun ngahontal indikator beban kritis, retakan sarta chip kabentuk dina huntu. Tétéla yén prinsip "anjeun gaduh kakuatan, anjeun henteu peryogi intelegensi" pasti moal aya mangpaatna.
Urang bisa mikir yén nalungtik huntu pangeusi laut jero teu mawa mangpaat naon baé, iwal pikeun nyugemakeun rasa panasaran manusa insatiable. Sanajan kitu, pangaweruh nu diala tina ieu panalungtikan bisa dijadikeun dadasar pikeun kreasi tipe anyar bahan nu bakal mibanda sipat sarupa huntu landak - lalawanan maké, asah diri dina tingkat bahan tanpa bantuan éksternal, sarta durability.
Sanajan kitu, alam nyumputkeun loba rusiah nu urang can kapanggih. Bakal aranjeunna mangpaat? Sugan enya, meureun moal. Tapi sakapeung, sanajan dina panalungtikan anu paling kompleks, sakapeung sanés tujuan anu penting, tapi perjalanan éta sorangan.
Jumaah kaluar-luhur:
Leuweung kelp raksasa jero cai dijadikeun tempat ngumpulna landak laut jeung mahluk sagara anu teu biasa lianna. (BBC Earth, voice-over ku David Attenborough).
Hatur nuhun pikeun nonton, tetep panasaran sarta boga sabtu minggu hébat dulur! 🙂
Hatur nuhun pikeun tetep sareng kami. Naha anjeun resep artikel kami? Hoyong ningali eusi anu langkung narik? Dukung kami ku cara nempatkeun pesenan atanapi nyarankeun ka babaturan, Diskon 30% pikeun pangguna Habr dina analog unik tina server tingkat éntri, anu diciptakeun ku kami pikeun anjeun: (sadia kalawan RAID1 na RAID10, nepi ka 24 cores sarta nepi ka 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali langkung mirah? Ngan di dieu di Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ti $99! Baca ngeunaan
sumber: www.habr.com