Odamlarda tishlar haqida gapirish ko'pincha tishlaringizdan boncuklar yasashni orzu qiladigan oq xalatdagi karies, braketlar va sadistlar bilan bog'liq. Ammo hazilni chetga surib qo'ying, chunki stomatologlarsiz va og'iz bo'shlig'i gigienasi qoidalarisiz biz faqat maydalangan kartoshka va sho'rvani somon orqali yeymiz. Va hamma narsa evolyutsiya uchun aybdor, bu bizga eng bardoshli tishlardan uzoqda bo'lgan, ular hali ham qayta tiklanmaydi, bu, ehtimol, tish sanoati vakillarini ta'riflab bo'lmaydigan darajada xursand qiladi. Agar biz yovvoyi tabiat vakillarining tishlari haqida gapiradigan bo'lsak, u holda ulug'vor sherlar, qonxo'r akulalar va o'ta ijobiy gyenalar darhol yodga keladi. Biroq, jag'larining kuchi va kuchiga qaramay, ularning tishlari dengiz kirpilariniki kabi ajoyib emas. Ha, suv ostidagi bu igna to'pi, siz ta'tilingizning yaxshi qismini buzishingiz mumkin, juda yaxshi tishlari bor. Albatta, ular juda ko'p emas, faqat beshtasi bor, lekin ular o'ziga xos tarzda noyob va o'zlarini charxlashga qodir. Olimlar bunday xususiyatni qanday aniqlashdi, bu jarayon aniq qanday davom etadi va u odamlarga qanday yordam berishi mumkin? Bu haqda tadqiqot guruhining hisobotidan bilib olamiz. Bor.
Tadqiqot asoslari
Avvalo, tadqiqotning asosiy qahramoni - Strongylocentrotus fragilis, pushti dengiz kirpisi bilan tanishish kerak. Ushbu turdagi dengiz kirpisi boshqa hamkasblaridan unchalik farq qilmaydi, qutblarda yanada tekislangan shakl va jozibali rang bundan mustasno. Ular ancha chuqurlikda (100 m dan 1 km gacha) yashaydi va diametri 10 sm gacha o'sadi.
Besh nurli simmetriyani ko'rsatadigan dengiz kirpisining "skeleti".
Dengiz kirpilari qanchalik qattiq eshitilmasin, to'g'ri va noto'g'ri. Birinchisi aniq besh nurli simmetriya bilan deyarli mukammal yumaloq tana shakliga ega, ikkinchisi esa ko'proq assimetrikdir.
Dengiz kirpisini ko‘rganingizda birinchi bo‘lib ko‘zingizga tushadigan narsa bu uning butun tanani qoplagan tuklaridir. Turli xil turlarda ignalar 2 mm dan 30 sm gacha bo'lishi mumkin.Ignalilardan tashqari, tanada sferidiya (muvozanat organlari) va pedisellariya (forsepsga o'xshash jarayonlar) mavjud.
Markazda barcha beshta tish aniq ko'rinadi.
Dengiz kirpisini tasvirlash uchun siz avval teskari turishingiz kerak, chunki uning og'zi tananing pastki qismida joylashgan, ammo boshqa teshiklar yuqorida joylashgan. Dengiz kirpilarining og'zi go'zal ilmiy nomi "Aristotel fonari" bo'lgan chaynash apparati bilan jihozlangan (bu organni birinchi bo'lib Aristotel tasvirlab, uni shaklini antiqa ko'chma fonar bilan taqqoslagan). Ushbu organ beshta jag' bilan jihozlangan bo'lib, ularning har biri o'tkir tish bilan tugaydi (tadqiq qilingan pushti tipratikanning Aristotel chiroqi quyida 1C rasmda ko'rsatilgan).
Dengiz kirpilari tishlarining chidamliligi ularning doimiy keskinlashishi bilan ta'minlanadi, degan taxmin mavjud, bu esa distal yuzaning keskinligini saqlab qolish uchun minerallashtirilgan tish plitalarini bosqichma-bosqich yo'q qilish orqali sodir bo'ladi.
Ammo bu jarayon qanday davom etmoqda, qaysi tishlarni keskinlashtirish kerak va qaysi biri yo'q va bu muhim qaror qanday qabul qilinadi? Olimlar bu savollarga javob topishga harakat qilishdi.
Tadqiqot natijalari
Rasm №1
Dengiz kirpilarining tish sirlarini ochishdan oldin, umuman olganda, ularning tishlarining tuzilishini ko'rib chiqing.
Rasmlar ustida 1A-1С tadqiqot qahramoni - pushti dengiz kirpisi ko'rsatilgan. Boshqa dengiz urchinlari singari, bu turning vakillari mineral komponentlarini dengiz suvidan oladi. Skelet elementlari orasida tishlar magniy bilan boyitilgan kaltsit bilan yuqori darajada minerallashgan (99% ga).
Yuqorida aytib o'tganimizdek, kirpi ovqatni qirib tashlash uchun tishlarini ishlatadi. Ammo bundan tashqari, ular tishlarini o'zlari uchun teshik qazish uchun ishlatadilar, ularda yirtqichlardan yoki yomon ob-havodan yashiradilar. Tishlar uchun bunday noodatiy foydalanishni hisobga olsak, ikkinchisi juda kuchli va o'tkir bo'lishi kerak.
Rasmda 1D butun tish segmentining mikrokompyuterli tomografiyasi ko'rsatilgan bo'lib, tish T shaklidagi kesma bilan elliptik egri chiziq bo'ylab hosil bo'lganligini aniq ko'rsatadi.
Tishning ko'ndalang kesimi (1E) tishning uchta strukturaviy mintaqadan iborat ekanligini ko'rsatadi: birlamchi qatlam, tosh mintaqasi va ikkilamchi qatlam. Tosh hududi organik qobiq bilan o'ralgan kichik diametrli tolalardan iborat. Elyaflar magniyga boy kaltsit zarralaridan tashkil topgan polikristal matritsaga kiritilgan. Bu zarrachalarning diametri taxminan 10-20 nm. Tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, magniy kontsentratsiyasi tish bo'ylab bir xil emas va oxirigacha ortadi, bu uning aşınma qarshiligi va qattiqligini oshiradi.
Uzunlamasına qism (1F) tishning tosh sohasi tolalar va organik membrana interfeysida delaminatsiya natijasida yuzaga keladigan tolalarning yo'q qilinishini, shuningdek avulsiyani ko'rsatadi.
Birlamchi shponlar odatda kaltsit monokristallaridan iborat bo'lib, tishning qavariq yuzasida joylashgan bo'lib, ikkilamchi shponlar botiq yuzani to'ldiradi.
Rasmda 1G bir-biriga parallel yotgan egri chiziqli birlamchi plitalar qatorini ko'rish mumkin. Rasmda tolalar va plitalar orasidagi bo'shliqni to'ldiradigan polikristal matritsa ham ko'rsatilgan. kaltak (1H) ko'ndalang T-kesimning asosini hosil qiladi va tishning egilish qattiqligini oshiradi.
Pushti dengiz kirpisining tishi qanday tuzilishga ega ekanligini bilganimiz sababli, endi uning tarkibiy qismlarining mexanik xususiyatlarini aniqlashimiz kerak. Buning uchun skanerlash elektron mikroskopi va usuli yordamida siqish testlari o'tkazildi nanodentatsiya*. Tishning uzunlamasına va ko'ndalang yo'nalishi bo'ylab kesilgan namunalar nanomexanik sinovlarda ishtirok etdi.
Nano indentatsiya* — materialni maxsus asbob — denterning namunasi yuzasiga kirish usuli bilan tekshirish.
Ma'lumotlar tahlili shuni ko'rsatdiki, bo'ylama va ko'ndalang yo'nalishdagi tish uchida o'rtacha Young moduli (E) va qattiqligi (H) : EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (bo'ylama) va ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (ko'ndalang).
Young moduli* - materialning kuchlanish va siqilishga qarshi turish qobiliyatini tavsiflovchi fizik miqdor.
Qattiqlik* - materialning yanada qattiqroq jismni (indenter) kiritilishiga qarshilik ko'rsatish xususiyati.
Bundan tashqari, tosh maydoni uchun visko-plastmassa shikastlanish modelini yaratish uchun uzunlamasına yo'nalishda tsiklik qo'shimcha yuklash bilan chuqurchalar qilingan. Yoniq 2A yukning siljishi egri chizig'i ko'rsatilgan.
Rasm №2
Har bir tsikl uchun modul yuk tushirish ma'lumotlaridan foydalangan holda Oliver-Farr usuli asosida hisoblab chiqilgan. Indentatsiya davrlari chuqurlikning oshishi bilan modulning monotonik pasayishini ko'rsatdi (2B). Qattiqlikning bunday yomonlashishi zararning to'planishi bilan izohlanadi (2C) qaytmas deformatsiya natijasida. Shunisi e'tiborga loyiqki, uchinchisining rivojlanishi ular orqali emas, balki tolalar atrofida sodir bo'ladi.
Tish tarkibiy qismlarining mexanik xususiyatlari, shuningdek, kvazistatik mikropillar siqish tajribalari yordamida baholandi. Mikrometr o'lchamli ustunlarni ishlab chiqarish uchun fokuslangan ion nurlari ishlatilgan. Tishning konveks tomonidagi birlamchi plitalar orasidagi bog'lanish kuchini baholash uchun plitalar orasidagi normal interfeysga nisbatan qiyshiq yo'nalishda mikropillar ishlab chiqarilgan (2D). Rasmda 2E qiya interfeysga ega mikroustun ko'rsatilgan. Va jadvalda 2F kesish kuchlanishini o'lchash natijalari ko'rsatilgan.
Olimlar qiziqarli faktni ta'kidlashadi - o'lchangan egiluvchanlik moduli indentatsiya testlarining deyarli yarmi. Indentatsiya va siqish testlari o'rtasidagi bu nomuvofiqlik tish emalida ham qayd etilgan. Hozirgi vaqtda ushbu nomuvofiqlikni tushuntiruvchi bir nechta nazariyalar mavjud (sinovlar paytida atrof-muhit ta'siridan namunalarning ifloslanishiga qadar), ammo tafovut nima uchun yuzaga keladi degan savolga aniq javob yo'q.
Dengiz kirpisining tishlarini o'rganishning navbatdagi bosqichi skanerlash elektron mikroskop yordamida o'tkazilgan aşınma sinovlari edi. Tish maxsus ushlagichga yopishtirilgan va ultrananokristalli olmos substratiga bosilgan (3A).
Rasm №3
Olimlarning ta'kidlashicha, ularning eskirish sinovi versiyasi odatda bajariladigan narsaga qarama-qarshidir, bu erda sinovdan o'tayotgan materialning substratiga olmos uchi bosiladi. Aşınma sinovi usullaridagi o'zgarishlar tishning mikroyapılari va tarkibiy qismlarining xususiyatlarini yaxshiroq tushunishga imkon beradi.
Rasmlarda ko'rib turganimizdek, kritik yukga erishilganda, chiplar shakllana boshlaydi. Dengiz kirpilarida Aristotel chiroqining "tishlash" kuchi turlarga qarab 1 dan 50 nyutongacha o'zgarishini hisobga olish kerak. Sinovda yuzlab mikronyutondan 1 nyutongacha bo'lgan kuch qo'llanildi, ya'ni. butun Aristotel chiroqi uchun 1 dan 5 nyutongacha (chunki beshta tish bor).
Rasmda 3B(i) kichik zarralar (qizil o'q) ko'rinadi, tosh maydonining aşınması natijasida hosil bo'ladi. Tosh maydoni eskirganligi va qisqarganligi sababli, plitalar orasidagi interfeyslarda yoriqlar siqilish-kesish yuki va kaltsit plitalari hududida kuchlanish paydo bo'lishi tufayli paydo bo'lishi va tarqalishi mumkin. Suratlar 3B(ii) и 3B(iii) parchalar singan joylarni ko'rsatish.
Taqqoslash uchun, ikki turdagi eskirish tajribalari o'tkazildi: rentabellik boshlanishiga (WCL) mos keladigan doimiy yuk bilan va oqim kuchiga (WCS) mos keladigan doimiy yuk bilan. Natijada, tish kiyimining ikkita varianti olingan.
Kiyinish testi videosi:
I bosqich
II bosqich
III bosqich
IV bosqich
WCL testida doimiy yuk bo'lsa, hududning siqilishi kuzatildi, ammo plitalarning parchalanishi yoki boshqa shikastlanishlari kuzatilmadi (4A). Ammo WCS testida, nominal kontakt kuchlanishini doimiy ushlab turish uchun normal kuch oshirilganda, plitalarning parchalanishi va tushishi kuzatildi (4B).
Rasm №4
Bu kuzatishlar grafik bilan tasdiqlangan (4С) toymasin uzunligiga qarab (sinov paytida olmosdagi namunaning) siqish maydoni va chipli plitalar hajmining o'lchovlari.
Ushbu grafik shuningdek, WCL holatida, sirpanish masofasi WCS holatidan kattaroq bo'lsa ham, chiplar hosil bo'lmasligini ko'rsatadi. Siqilgan va chipli plitalarni tekshirish 4B dengiz kirpi tishlarini o'z-o'zidan charxlash mexanizmini yaxshiroq tushunishga imkon beradi.
Toshning siqilgan joyining maydoni plastinkaning uzilishi bilan ortadi, bu esa siqilgan joyning bir qismini olib tashlashga olib keladi. [4B (iii-v)]. Tosh va plitalar orasidagi bog'lanish kabi mikrostrukturaviy xususiyatlar bu jarayonni osonlashtiradi. Mikroskopiya shuni ko'rsatdiki, toshdagi tolalar egilib, tishning qavariq qismidagi plastinka qatlamlari orqali o'tadi.
Diagrammada 4С yangi plastinka tishdan ajratilganda, chipli maydonning hajmida sakrash mavjud. Qizig'i shundaki, ayni paytda oblate mintaqasining kengligi keskin pasaymoqda (4D), bu o'z-o'zini charxlash jarayonini ko'rsatadi.
Oddiy qilib aytganda, bu tajribalar shuni ko'rsatdiki, aşınma sinovlari paytida doimiy normal (muhim bo'lmagan) yuk saqlanganda, tish o'tkir bo'lib qolsa, uchi xiralashadi. Ma'lum bo'lishicha, kirpi tishlari foydalanish paytida o'tkirlashadi, agar yuk kritik darajadan oshmasa, aks holda o'tkirlashdan ko'ra shikastlanish (chiplar) paydo bo'lishi mumkin.
Rasm №5
Tish mikrotuzilmalarining rolini, ularning xususiyatlarini va o'z-o'zini charxlash mexanizmiga qo'shgan hissasini tushunish uchun aşınma jarayonining chiziqli bo'lmagan chekli elementlar tahlili o'tkazildi (5A). Buning uchun tish uchining bo'ylama qismining tasvirlari ishlatilgan, ular tosh, plitalar, keel va plitalar va tosh orasidagi interfeyslardan iborat ikki o'lchovli model uchun asos bo'lib xizmat qilgan.
Rasmlar 5B-5H tosh va plitalar maydonining chetida Mises mezonining (plastiklik mezoni) kontur chizmalari. Tish siqilganda, tosh katta viskoplastik deformatsiyalarga uchraydi, shikastlanishlar to'planadi va qisqaradi ("tekislashadi") (5B и 5C). Keyinchalik siqilish toshda kesish chizig'ini keltirib chiqaradi, bu erda plastik deformatsiya va shikastlanishning ko'p qismi to'planib, toshning bir qismini yirtib tashlaydi va uni substrat bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa qiladi (5D). Ushbu modeldagi toshning bunday parchalanishi eksperimental kuzatishlarga to'g'ri keladi (buzilgan parchalar 3B(i)). Siqish, shuningdek, plitalar orasidagi delaminatsiyaga olib keladi, chunki interfeys elementlari aralash yuklanishga duchor bo'lib, natijada dekoheziya (peeling) sodir bo'ladi. Aloqa maydoni ortishi bilan aloqa kuchlanishlari kuchayadi, bu interfeysda yoriqning boshlanishi va tarqalishiga olib keladi (5B-5E). Plitalar orasidagi yopishqoqlikning yo'qolishi burilishni kuchaytiradi, bu esa tashqi plitaning ajralishiga olib keladi.
Chizish interfeysning shikastlanishini kuchaytiradi, natijada plastinka(lar) parchalanib ketganda (yoriqlar interfeysdan chetga chiqib, plastinka ichiga kirib ketganda) 5G). Jarayon davom etar ekan, plastinkaning bo'laklari tishning uchidan ajralib chiqadi (5H).
Qizig'i shundaki, simulyatsiya tosh va plastinka mintaqalarida parchalanishni aniq bashorat qiladi, olimlar buni kuzatishlar davomida allaqachon payqashgan (3B и 5I).
Tadqiqotning nuanslari bilan batafsilroq tanishish uchun men qarashni tavsiya qilaman и unga.
Epilog
Bu ish evolyutsiya inson tishlari uchun unchalik qulay emasligini yana bir bor tasdiqladi. Jiddiy ravishda, o'z tadqiqotlarida olimlar dengiz kirpi tishlarining o'z-o'zini charxlash mexanizmini batafsil ko'rib chiqishga va tushuntirishga muvaffaq bo'lishdi, bu tishning g'ayrioddiy tuzilishi va unga to'g'ri yuklanishga asoslangan. Kirpi tishini qoplaydigan plitalar ma'lum bir yuk ostida tozalanadi, bu esa tishni o'tkir saqlashga yordam beradi. Ammo bu dengiz kirpilari toshlarni maydalashi mumkin degani emas, chunki muhim yuk ko'rsatkichlariga erishilganda tishlarda yoriqlar va chiplar paydo bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, "sizda kuch bor, sizga aql kerak emas" tamoyili hech qanday foyda keltirmaydi.
Chuqur dengiz aholisining tishlarini o'rganish insonning to'yib bo'lmaydigan qiziqishini qondirishdan boshqa hech qanday foyda keltirmaydi, deb o'ylash mumkin. Biroq, ushbu tadqiqot davomida olingan bilimlar kirpi tishlariga o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan yangi turdagi materiallarni yaratish uchun asos bo'lib xizmat qilishi mumkin - aşınmaya bardoshli, tashqi yordamisiz material darajasida o'z-o'zini charxlash va chidamlilik.
Qanday bo'lmasin, tabiat biz hali ochib bermagan ko'plab sirlarni saqlaydi. Ular foydali bo'ladimi? Balki ha, balki yo'q. Ammo ba'zida, hatto eng murakkab tadqiqotlarda ham, ba'zida bu maqsad emas, balki sayohatning o'zi.
Juma kunidan tashqari:
Gigant suv o'tlarining suv osti o'rmonlari dengiz kirpilari va boshqa g'ayrioddiy okean aholisi uchun to'planish joyi bo'lib xizmat qiladi. (BBC Earth, ovozli - Devid Attenboro).
Tomosha qilganingiz uchun tashakkur, qiziquvchan bo'ling va barchaga ajoyib dam olish kunlarini o'tkazing! 🙂
Biz bilan qolganingiz uchun tashakkur. Bizning maqolalarimiz sizga yoqdimi? Yana qiziqarli tarkibni ko'rishni xohlaysizmi? Buyurtma berish yoki do'stlaringizga tavsiya qilish orqali bizni qo'llab-quvvatlang, Habr foydalanuvchilari uchun biz siz uchun ixtiro qilingan boshlang'ich darajadagi serverlarning noyob analogiga 30% chegirma: (RAID1 va RAID10, 24 tagacha yadro va 40 Gb gacha DDR4 bilan mavjud).
Dell R730xd 2 barobar arzonmi? Faqat shu yerda Gollandiyada! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 dollardan! Haqida o'qing
Manba: www.habr.com