Невероятные зубы, как у терминатора: ученые в шоке от секрета этих моллюсков

На первый взгляд хитоны выглядят как обычные моллюски, ползающие по прибрежным камням. Но если перевернуть их, открываются ряды невероятно острых и прочных зубов — таких крепких и точных, что ученые пытаются воспроизвести их свойства для современных технологий. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, подробно изучает, почему зубы хитона столь долговечны, и раскрывает секреты создания сверхпрочных материалов в природе.

"Анализ анатомии моллюска показал, что постоянный поток железосвязывающих белков делает зубы прочнее многих промышленных режущих инструментов, шлифовальных кругов, зубных и хирургических имплантатов и защитных покрытий", — пояснил соавтор статьи Дэвид Кисалилус.

Зубы хитона обладают исключительной прочностью и износостойкостью, превосходя многие современные материалы.

Создание при комнатной температуре: точность на наноуровне и уникальность хитонов

При этом хитоны создают свои зубы при комнатной температуре с наномасштабной точностью — качество, которое человеку пока сложно воспроизвести. То есть исследователи подчеркивают, что хитоны создают сверхтвердые зубы без нагрева или химических условий, как это делают люди в промышленных процессах, а просто при обычной температуре воды/окружения. Создание зубов при комнатной температуре является уникальной особенностью хитонов и представляет большой интерес для ученых.

Ключевой белок RTMP1 уникален для хитонов и помогает откладывать железо в зубах. Этот процесс позволяет моллюскам соскребать водоросли с камней, но раньше было неизвестно, как именно белки формируют зубные структуры. RTMP1 играет важную роль в процессе минерализации зубов хитона и обеспечивает их высокую прочность.

Путь белка: наноскопические трубки, магнетит и ферритин

Исследователи отслеживали путь белка по анатомии хитона: сначала RTMP1 движется по наноскопическим трубкам, исходящим из зуба, затем связывается с соединениями, формирующими магнетит — разновидность железного оксида.

Одновременно белок высвобождает железо, хранящееся в другом белке, ферритине. В результате новые зубы растут в аккуратные ряды сверхтвердых структур, которые могут восстанавливаться после износа. Процесс формирования зубов хитона представляет собой сложный биохимический процесс, контролируемый белками.

"Мы можем многому научиться из этих биологических конструкций и процессов. Понимание работы белка RTMP1 может помочь в создании "пространственно и временно контролируемого синтеза материалов” для аккумуляторов, катализаторов топливных элементов, полупроводников, а также новых подходов к 3D-печати и экологически безопасных методов синтеза", — отметил Кисалилус.

Изучение зубов хитона может привести к разработке новых материалов и технологий с улучшенными свойствами.

Сотрудничество с японскими исследователями: изучение более крупных видов хитонов

Сотрудничество с японскими исследователями позволило изучить более крупные виды хитонов, обитающие на северо-западе США и побережье Хоккайдо. Их работа раскрыла, как природа создает сверхпрочную структуру без высоких температур и химических реакций, необходимых для современных промышленных материалов. Международное сотрудничество позволяет ученым объединять знания и ресурсы для решения сложных научных задач.

"Это фантастическая возможность учиться у природы и применять ее решения в технологиях будущего", — подчеркнул Кисалилус.

Природа является неисчерпаемым источником вдохновения для создания новых материалов и технологий. Таким образом, незаметный моллюск может стать источником прорывных идей для материаловедения. Как отметил Кисалилус, хитоны показывают, что даже самые скромные существа могут вдохновлять на создание "новых, более прочных и устойчивых материалов". Изучение биологических материалов и процессов может привести к разработке новых, более устойчивых и экологически чистых технологий.

Интересные факты о хитонах

Хитоны являются одними из самых древних моллюсков, существующих на Земле более 500 миллионов лет.
Тело хитона покрыто восемью пластинами, которые обеспечивают ему гибкость и защиту.
Некоторые виды хитонов способны светиться в темноте.

В заключение, зубы хитона являются удивительным примером того, как природа может создавать сверхпрочные материалы с использованием простых и эффективных процессов. Изучение этих процессов может привести к разработке новых технологий и материалов с улучшенными свойствами и открыть новые перспективы для различных областей науки и техники.