Kadalasang iniuugnay ng mga tao ang mga pag-uusap tungkol sa mga ngipin sa mga karies, braces at sadists sa puting amerikana na nangangarap lamang na gumawa ng mga kuwintas mula sa iyong mga ngipin. Ngunit jokes aside, dahil walang dentista at itinatag na mga patakaran ng oral hygiene, ikaw at ako ay kakain lamang ng dinikdik na patatas at sopas sa pamamagitan ng dayami. At lahat ng ito ay dapat sisihin para sa ebolusyon, na nagbigay sa amin ng malayo mula sa pinakamatibay na ngipin, na hindi rin nagbabagong-buhay, na marahil ay nagpapasaya sa mga kinatawan ng industriya ng ngipin. Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga ngipin ng mga kinatawan ng wildlife, kung gayon ang mga maringal na leon, uhaw sa dugo na mga pating at labis na positibong mga hyena ay agad na nasa isip. Gayunpaman, sa kabila ng lakas at lakas ng kanilang mga panga, ang kanilang mga ngipin ay hindi kasing ganda ng mga ngipin ng mga sea urchin. Oo, itong bukol ng mga karayom ββsa ilalim ng tubig, na kung tatapakan mo, ay maaaring makasira sa isang magandang bahagi ng iyong bakasyon, ay may medyo magandang ngipin. Siyempre, hindi marami sa kanila, lima lamang, ngunit sila ay natatangi sa kanilang sariling paraan at may kakayahang patalasin ang kanilang sarili. Paano natuklasan ng mga siyentipiko ang tampok na ito, paano eksaktong nangyayari ang prosesong ito, at paano ito makakatulong sa mga tao? Nalaman namin ang tungkol dito mula sa ulat ng pangkat ng pananaliksik. Pumunta ka.
Batayan sa pananaliksik
Una sa lahat, sulit na kilalanin ang pangunahing katangian ng pag-aaral - Strongylocentrotus fragilis, o sa mga termino ng tao, isang pink sea urchin. Ang ganitong uri ng sea urchin ay hindi masyadong naiiba sa iba pang mga katapat nito, maliban sa isang mas patag na hugis at kaakit-akit na kulay. Nabubuhay sila nang malalim (mula sa 100 m hanggang 1 km), at lumalaki sila hanggang 10 cm ang lapad.
Ang "skeleton" ng isang sea urchin, na nagpapakita ng five-ray symmetry.
Ang mga sea urchin ay, kasing harsh nito, tama at mali. Ang una ay may halos perpektong bilog na hugis ng katawan na may binibigkas na five-ray symmetry, habang ang huli ay mas asymmetrical.
Ang unang bagay na pumukaw sa iyong mata kapag nakakita ka ng sea urchin ay ang mga tinik nito na tumatakip sa buong katawan nito. Sa iba't ibang mga species, ang mga karayom ββay maaaring mula sa 2 mm hanggang 30 cm. Bilang karagdagan sa mga karayom, ang katawan ay may spheridia (mga organo ng balanse) at pedicellaria (mga proseso na kahawig ng mga forceps).
Lahat ng limang ngipin ay malinaw na nakikita sa gitna.
Upang ilarawan ang isang sea urchin, kailangan mo munang tumayo nang nakabaligtad, dahil ang bunganga nito ay matatagpuan sa ibabang bahagi ng katawan, ngunit ang iba pang mga bukana ay nasa itaas na bahagi. Ang bibig ng mga sea urchin ay nilagyan ng chewing apparatus na may magandang siyentipikong pangalan na "Aristotle's lantern" (ito ay si Aristotle ang unang inilarawan ang organ na ito at inihambing ang hugis nito sa isang antigong portable na parol). Ang organ na ito ay nilagyan ng limang panga, ang bawat isa ay nagtatapos sa isang matalas na ngipin (ang Aristotelian na parol ng pink na hedgehog na sinusuri ay ipinapakita sa larawan 1C sa ibaba).
Mayroong isang palagay na ang tibay ng mga ngipin ng sea urchin ay natiyak sa pamamagitan ng kanilang patuloy na paghasa, na nangyayari sa pamamagitan ng unti-unting pagkasira ng mga mineralized na plato ng ngipin upang mapanatili ang talas ng distal na ibabaw.
Ngunit paano eksaktong gumagana ang prosesong ito, aling mga ngipin ang kailangang patalasin at alin ang hindi, at paano ginawa ang mahalagang desisyong ito? Sinubukan ng mga siyentipiko na makahanap ng mga sagot sa mga tanong na ito.
Mga resulta ng pananaliksik
Larawan #1
Bago ibunyag ang mga lihim ng ngipin ng mga sea urchin, tingnan natin ang istraktura ng kanilang mga ngipin sa kabuuan.
Sa mga larawan 1A-1S ipinakita ang bayani ng pag-aaral - isang pink sea urchin. Tulad ng iba pang mga sea urchin, ang mga kinatawan ng species na ito ay nakakakuha ng kanilang mga bahagi ng mineral mula sa tubig dagat. Kabilang sa mga elemento ng skeletal, ang mga ngipin ay may mataas na mineralized (99%) na may calcite na pinayaman sa magnesium.
Gaya ng napag-usapan natin kanina, ginagamit ng mga hedgehog ang kanilang mga ngipin sa pagkayod ng pagkain. Ngunit bukod dito, ginagamit nila ang kanilang mga ngipin upang maghukay ng mga butas para sa kanilang sarili, kung saan nagtatago sila mula sa mga mandaragit o masamang panahon. Dahil sa hindi pangkaraniwang paggamit na ito para sa mga ngipin, ang huli ay dapat na napakalakas at matalas.
Sa larawan 1D Ang microcomputed tomography ng isang segment ng isang buong ngipin ay ipinapakita, na nagpapakita na ang ngipin ay nabuo kasama ng isang elliptical curve na may hugis-T na cross-section.
Cross section ng ngipin (1E) ay nagpapakita na ang ngipin ay binubuo ng tatlong istrukturang rehiyon: ang pangunahing lamina, ang rehiyon ng calculus, at ang pangalawang lamina. Ang rehiyon ng bato ay binubuo ng maliliit na hibla ng diyametro na napapalibutan ng isang organikong shell. Ang mga hibla ay naka-embed sa isang polycrystalline matrix na binubuo ng mga particle ng calcite na mayaman sa magnesium. Ang diameter ng mga particle na ito ay tungkol sa 10-20 nm. Napansin ng mga mananaliksik na ang konsentrasyon ng magnesiyo ay hindi pare-pareho sa buong ngipin at tumataas patungo sa dulo, na nagbibigay ng mas mataas na resistensya at katigasan nito.
pahaba na seksyon (1F) ang lugar ng bato ng ngipin ay nagpapakita ng pagkasira ng mga hibla, pati na rin ang avulsion, na nangyayari dahil sa delamination sa interface ng mga hibla at ang organikong shell.
Ang mga pangunahing plato ay karaniwang binubuo ng mga solong kristal ng calcite at matatagpuan sa matambok na ibabaw ng ngipin, habang ang mga pangalawang plato ay pumupuno sa malukong ibabaw.
Sa larawan 1G makikita ang isang hanay ng mga hubog na pangunahing plato na nakahiga sa isa't isa. Ipinapakita rin ng imahe ang mga hibla at polycrystalline matrix na pinupuno ang espasyo sa pagitan ng mga plato. Kiel (1H) ay bumubuo sa base ng cross-section na T-section at pinapataas ang baluktot na tigas ng ngipin.
Ngayon na alam na natin ang istraktura ng isang pink na ngipin ng sea urchin, kailangan na nating malaman ang mga mekanikal na katangian ng mga bahagi nito. Para sa layuning ito, ang mga pagsusuri sa compression ay isinagawa gamit ang isang scanning electron microscope at ang nanoindentation*. Ang mga nanomechanical na pagsubok ay nagsasangkot ng mga sample na pinutol sa mga longitudinal at transverse na oryentasyon ng ngipin.
Nanoindentation* β pagsubok sa materyal sa pamamagitan ng pagpindot sa isang espesyal na tool β isang indenter β sa ibabaw ng sample.
Ang pagsusuri ng data ay nagpakita na ang average na modulus ng Young (E) at tigas (H) sa dulo ng ngipin sa longhitudinal at transverse na direksyon ay: EL = 77.3 Β± 4,8 GPa, HL = 4.3 Β± 0.5 GPa (longitudinal) at ET = 70.2 Β± 7.2 GPa, HT = 3,8 Β± 0,6 GPa (nakahalang).
Young's modulus* - isang pisikal na dami na naglalarawan sa kakayahan ng isang materyal na labanan ang tensyon at compression.
tigas* - ang ari-arian ng isang materyal upang labanan ang pagtagos ng isang mas matigas na katawan (indenter).
Bilang karagdagan, ang mga indentasyon na may cyclic na karagdagang pag-load ay ginawa sa longitudinal na direksyon upang lumikha ng isang visco-plastic na modelo ng pinsala para sa lugar ng bato. Naka-on 2A ipinapakita ang load-displacement curve.
Larawan #2
Ang modulus para sa bawat cycle ay kinakalkula batay sa paraan ng Oliver-Pharr gamit ang data ng pagbabawas. Ang mga indentation cycle ay nagpakita ng monotonic na pagbaba sa modulus na may pagtaas ng indentation depth (2V). Ang pagkasira ng paninigas na ito ay ipinaliwanag ng akumulasyon ng pinsala (2C) bilang resulta ng hindi maibabalik na pagpapapangit. Kapansin-pansin na ang pag-unlad ng pangatlo ay nangyayari sa paligid ng mga hibla, at hindi sa pamamagitan ng mga ito.
Ang mga mekanikal na katangian ng mga nasasakupan ng ngipin ay nasuri din gamit ang quasi-static na mga eksperimento sa compression ng micropillar. Ang isang nakatutok na sinag ng ion ay ginamit upang makabuo ng mga haligi na kasing laki ng micrometer. Upang masuri ang lakas ng bono sa pagitan ng mga pangunahing plato sa matambok na bahagi ng ngipin, ang mga micropillar ay ginawa na may pahilig na oryentasyon na may kaugnayan sa normal na interface sa pagitan ng mga plato (2D). Sa larawan 2E ipinapakita ang isang micropillar na may hilig na interface. At sa graph 2F ipinapakita ang mga resulta ng mga sukat ng shear stress.
Napansin ng mga siyentipiko ang isang kawili-wiling katotohanan - ang sinusukat na elastic modulus ay halos kalahati ng mga indentation test. Ang pagkakaibang ito sa pagitan ng indentation at compression test ay napansin din para sa enamel ng ngipin. Sa ngayon, may ilang mga teorya upang ipaliwanag ang pagkakaibang ito (mula sa mga impluwensya sa kapaligiran sa panahon ng mga pagsubok hanggang sa sample na kontaminasyon), ngunit wala pa ring malinaw na sagot sa tanong kung bakit nangyayari ang pagkakaiba.
Ang susunod na hakbang sa pag-aaral ng mga ngipin ng sea urchin ay ang mga pagsusuri sa pagsusuot na isinagawa gamit ang isang scanning electron microscope. Ang ngipin ay idinikit sa isang espesyal na lalagyan at idiniin sa isang ultrananocrystalline na brilyante na substrate (3A).
Larawan #3
Napansin ng mga siyentipiko na ang kanilang bersyon ng pagsubok sa pagsusuot ay kabaligtaran ng karaniwang ginagawa, kung saan ang isang tip ng brilyante ay pinindot sa isang substrate ng materyal na sinusuri. Ang mga pagbabago sa mga diskarte sa pagsusuri sa pagsusuot ay nagbibigay-daan para sa isang mas mahusay na pag-unawa sa mga katangian ng microstructure at mga bahagi ng ngipin.
Tulad ng nakikita natin sa mga larawan, kapag naabot ang kritikal na pagkarga, nagsisimulang mabuo ang mga chips. Ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang na ang puwersa ng "kagat" ng parol ni Aristotle sa mga sea urchin ay nag-iiba depende sa mga species mula 1 hanggang 50 newtons. Sa pagsubok, ginamit ang puwersa mula sa daan-daang micronewton hanggang 1 newton, i.e. mula 1 hanggang 5 newtons para sa buong Aristotelian lantern (dahil mayroong limang ngipin).
Sa larawan 3B(i) nakikitang mga pinong particle (pulang arrow) na nabuo bilang resulta ng pagsusuot sa lugar ng bato. Habang ang lugar ng bato ay nagsusuot at kumukuha, ang mga bitak sa mga interface sa pagitan ng mga plate ay maaaring bumuo at magpalaganap dahil sa compression-shear loading at pag-iipon ng stress sa calcite plate area. Mga larawan 3B(ii) ΠΈ 3B(iii) ipakita ang mga lugar kung saan naputol ang mga fragment.
Para sa paghahambing, dalawang uri ng mga eksperimento sa pagsusuot ang isinagawa: na may pare-parehong pagkarga na tumutugma sa simula ng ani (WCL) at may pare-parehong pagkarga na tumutugma sa yield stress (WCS). Bilang resulta, dalawang uri ng pagsusuot ng ngipin ang nakuha.
Magsuot ng pansubok na video:
Stage I
Stage II
Stage III
Stage IV
Sa ilalim ng patuloy na pagkarga, ang compression ng lugar ay naobserbahan sa WCL test, ngunit walang chipping o iba pang pinsala sa mga plato ang naobserbahan (4A). Ngunit sa pagsubok ng WCS, kapag ang normal na puwersa ay nadagdagan upang mapanatili ang nominal na stress ng contact na pare-pareho, ang pag-chipping at pagkawala ng mga plato ay naobserbahan (4V).
Larawan #4
Ang mga obserbasyong ito ay kinumpirma ng graph (4S) mga sukat ng lugar ng compression at dami ng mga chipped plate depende sa haba ng sliding (ng sample sa brilyante sa panahon ng pagsubok).
Ipinapakita rin ng graph na ito na sa kaso ng WCL, hindi nabubuo ang mga chips kahit na mas malaki ang sliding distance kaysa sa kaso ng WCS. Inspeksyon ng compressed at chipped plates para sa 4V nagbibigay-daan sa amin upang mas maunawaan ang mekanismo ng pagpapatalas sa sarili ng mga ngipin ng sea urchin.
Ang lugar ng naka-compress na lugar ng bato ay tumataas habang ang plato ay humihiwalay, inaalis ang bahagi ng naka-compress na lugar [4B (iii-v)]. Ang mga tampok na microstructural tulad ng bono sa pagitan ng bato at mga slab ay nagpapadali sa prosesong ito. Ipinakita ng mikroskopya na ang mga hibla sa lugar ng calculus ay hubog at tumagos sa mga patong ng mga plato sa matambok na bahagi ng ngipin.
Sa tsart 4S ang isang tumalon sa dami ng naputol na lugar ay makikita kapag ang bagong plato ay natanggal mula sa ngipin. Nakakapagtataka na sa parehong sandali mayroong isang matalim na pagbaba sa lapad ng patag na rehiyon (4D), na nagpapahiwatig ng proseso ng pagpapatalas sa sarili.
Sa madaling salita, ipinakita ng mga eksperimentong ito na kapag ang isang pare-parehong normal (hindi kritikal) na pagkarga ay pinananatili sa panahon ng mga pagsusulit sa pagsusuot, ang dulo ay nagiging mapurol habang ang ngipin ay nananatiling matalas. Lumalabas na ang mga ngipin ng mga hedgehog ay humahasa sa panahon ng paggamit, kung ang pag-load ay hindi lalampas sa kritikal, kung hindi man pinsala (chips) ay maaaring mangyari sa halip na hasa.
Larawan #5
Upang maunawaan ang papel na ginagampanan ng mga microstructure ng ngipin, ang kanilang mga katangian at ang kanilang kontribusyon sa mekanismo ng pagpapatalas sa sarili, isang nonlinear finite element analysis ng proseso ng pagsusuot ay isinagawa (5A). Upang gawin ito, ang mga larawan ng isang pahaba na seksyon ng dulo ng ngipin ay ginamit, na nagsilbing batayan para sa isang dalawang-dimensional na modelo na binubuo ng bato, mga plato, kilya at mga interface sa pagitan ng mga plato at bato.
ΠΠ·ΠΎΠ±ΡΠ°ΠΆΠ΅Π½ΠΈΡ 5B-5H ay mga contour plot ng von Mises criterion (plasticity criterion) sa gilid ng rehiyon ng bato at slab. Kapag ang isang ngipin ay na-compress, ang bato ay sumasailalim sa malalaking viscoplastic deformations, nag-iipon ng pinsala, at nagkontrata ("flattens") (5B ΠΈ 5C). Ang karagdagang compression ay nagdudulot ng shear band sa bato, kung saan naipon ang karamihan sa plastic deformation at pinsala, na napunit ang bahagi ng bato, na nagdadala nito sa direktang kontak sa substrate (5D). Ang nasabing pagkapira-piraso ng bato sa modelong ito ay tumutugma sa mga eksperimentong obserbasyon (sirang mga fragment sa 3B(i)). Ang compression ay nagdudulot din ng delamination sa pagitan ng mga plato dahil ang mga elemento ng interface ay sumasailalim sa halo-halong mga pagkarga, na nagreresulta sa dehesion (delamination). Habang tumataas ang lugar ng contact, tumataas ang mga stress ng contact, na nagiging sanhi ng pagsisimula ng crack at pagpapalaganap sa interface (5B-5E). Ang pagkawala ng pagdirikit sa pagitan ng mga plato ay nagpapataas ng baluktot na nagiging sanhi ng panlabas na plato upang maging hiwalay.
Ang pagkamot ay nagpapalala ng pinsala sa interface, na humahantong sa pag-alis ng wafer kapag ang (mga) wafer ay sumasailalim sa cleavage (kung saan ang mga bitak ay lumihis mula sa interface at tumagos sa wafer, 5G). Habang nagpapatuloy ang proseso, ang mga fragment ng plato ay humihiwalay sa dulo ng ngipin (5H).
Kapansin-pansin, ang pagmomolde ay napakatumpak na hinuhulaan ang pag-chipping sa parehong mga lugar ng bato at plato, na napansin na ng mga siyentipiko sa panahon ng mga obserbasyon (3B ΠΈ 5I).
Para sa isang mas detalyadong kakilala sa mga nuances ng pag-aaral, inirerekumenda ko ang pagtingin sa ΠΈ sa kanya.
Epilogo
Ang gawaing ito ay muling nagpatunay na ang ebolusyon ay hindi masyadong pabor sa mga ngipin ng tao. Seryoso, sa kanilang pag-aaral, ang mga siyentipiko ay nagawang suriin nang detalyado at ipaliwanag ang mekanismo ng pagpapatalas sa sarili ng mga ngipin ng sea urchin, na batay sa hindi pangkaraniwang istraktura ng ngipin at ang tamang pagkarga dito. Ang mga plato na sumasaklaw sa ngipin ng hedgehog ay natanggal sa ilalim ng isang tiyak na pagkarga, na tumutulong na panatilihing matalas ang ngipin. Ngunit hindi ito nangangahulugan na ang mga sea urchin ay maaaring durugin ang mga bato, dahil kapag ang mga kritikal na tagapagpahiwatig ng pagkarga ay naabot, ang mga bitak at mga chips ay nabubuo sa mga ngipin. Lumalabas na ang prinsipyong "mayroon kang lakas, hindi mo kailangan ng katalinuhan" ay tiyak na hindi magdadala ng anumang pakinabang.
Maaaring isipin ng isang tao na ang pag-aaral ng mga ngipin ng mga naninirahan sa malalim na dagat ay hindi nagdudulot ng anumang pakinabang sa mga tao, maliban sa pagbibigay-kasiyahan sa walang kasiyahang pag-usisa ng tao. Gayunpaman, ang kaalaman na nakuha mula sa pananaliksik na ito ay maaaring magsilbing batayan para sa paglikha ng mga bagong uri ng mga materyales na magkakaroon ng mga katangian na katulad ng mga ngipin ng hedgehog - wear resistance, self-sharpening sa materyal na antas nang walang panlabas na tulong, at tibay.
Magkagayunman, ang kalikasan ay nagtatago ng maraming lihim na hindi pa natin nabubunyag. Magiging kapaki-pakinabang ba ang mga ito? Marahil oo, marahil hindi. Ngunit kung minsan, kahit na sa pinaka-kumplikadong pananaliksik, kung minsan ay hindi ang destinasyon ang mahalaga, ngunit ang paglalakbay mismo.
Biyernes off-top:
Ang mga higanteng kagubatan ng kelp sa ilalim ng dagat ay nagsisilbing lugar ng pagtitipon ng mga sea urchin at iba pang hindi pangkaraniwang mga nilalang sa karagatan. (BBC Earth, voice-over ni David Attenborough).
Salamat sa panonood, manatiling mausisa at magkaroon ng magandang katapusan ng linggo sa lahat! π
Salamat sa pananatili sa amin. Gusto mo ba ang aming mga artikulo? Gustong makakita ng mas kawili-wiling nilalaman? Suportahan kami sa pamamagitan ng pag-order o pagrekomenda sa mga kaibigan, 30% na diskwento para sa mga gumagamit ng Habr sa isang natatanging analogue ng mga entry-level na server, na inimbento namin para sa iyo: (magagamit sa RAID1 at RAID10, hanggang 24 na core at hanggang 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 beses na mas mura? Dito lang sa Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mula $99! Basahin ang tungkol sa
Pinagmulan: www.habr.com