Челюсти пустынной саранчи затачиваются сами собой, обнаружил ученый-материаловед

Важные новости

Челюсти пустынной саранчи оттачивают себя, обнаруживает ученый-материаловед» /></p>
<p> Пустынная саранча (Schistocerca gregaria) откладывает яйца во время нашествия саранчи в Мавритании в 1994 году. Фото: Кристиан Койман, Wikimedia Commons, CC0 </p>
<p>Акулы теряют зубы всю жизнь, заменяя их в своего рода бесконечно вращающемся Ролодексе, в то время как людям, конечно, достаются только наши два комплекта. Как известно, зубы бобров растут всю жизнь, и их приходится стачивать, чтобы предотвратить травмы.</p>
<p>Новое исследование, опубликованное в <i>Interface Focus</i>, позволило еще одному животному заняться самозатачиванием. набор, Schistocerca gregaria, пустынная саранча.</p>
<p>Ульрика Г.К. Вегст, доцент кафедры физики Северо-Восточного университета, обнаружила, что экзоскелеты саранчи накапливают концентрацию цинка в нижних челюстях, что делает их «лопатообразный ротовой аппарат» твердым — согласно исследованию — по отношению к окружающей кутикуле. </p>
<p>Экзоскелет саранчи состоит из хитина, волокнистого материала, мало чем отличающегося от целлюлозы, обнаруженного в растениях и общего как для насекомых, так и для морских обитателей, таких как ракообразные.</p>
<p>Хитин животного варьируется в зависимости от использования. В некоторых частях тела требуется гибкость — например, вокруг челюстей, которые необходимо открывать и закрывать — а в других требуется значительная твердость.</p>
<p>Проведено в сотрудничестве с биологом Оливером Бетцем из Университета Туü Бинген и Питер Клотенс из Европейского синхротрона, в ходе исследования выяснилось, как закаленные цинком части челюстей саранчи затачиваются при использовании.</p>
<p>Челюсти саранчи мало чем отличаются от человеческих челюстей: одна челюсть слегка перекрывает другую, хотя саранча открывается и закрывается горизонтально.</p>
<p>По мере того, как две половинки проходят мимо друг друга, закаленные края заостряются друг от друга. другое.</p>
<p> <video class=Видео S1: пустынная саранча (Schistocerca gregaria) питается самозатачивающимися ножницеобразными челюстями. Авторы: Interface Focus (2024 г.). DOI: 10.1098/rsfs.2023.0069

Вегст, специализирующийся на материаловедении, обнаружил выраженную «цинковую кромку» вдоль нижней челюсти с помощью синхротрона — своего рода ускорителя частиц — который использовал «монохроматические энергетические рентгеновские лучи». .»

Преимущество синхротронного света заключается в его интенсивности: «Мы можем уменьшить спектр до очень узкой энергии. Фактически, мы можем сделать его монохроматическим», — говорит Вегст, — «так что у меня все еще будет достаточно энергии для изображения, но я также могу точно расположить эту энергию».

Материалы поглощают рентгеновские лучи по-разному, и благодаря узкости луча синхротрона исследователи смогли использовать процесс субтрактивной визуализации, чтобы «измерить количество цинка, с одной стороны, «, — говорит Вегс, — и «легче увидеть, как оно распределяется в трех измерениях».

Построив трехмерную модель челюстей саранчи, Вегст смог затем определить, как более твердые передние края челюстей саранчи при использовании срезают более мягкий хитин вокруг них, сохраняя тем самым более острый край.

«То, что я пытаюсь получить здесь, в моей режущей кромке, — это высокая твердость», которая может противостоять высокоабразивным древесным материалам, — говорит Вегст. Чтобы «обеспечить, чтобы режущие кромки оставались острыми как можно дольше», продолжает она, «можно добиться, если одна из этих кромок будет тереться о другую. Таким образом, каждый раз, когда она что-то режет, она также затачивается».

<р>Но износ неизбежен, несмотря на этот «очень умный механизм», как его называет Вегст. Со временем край изнашивается, но, как отмечает Вегст, саранча регулярно сбрасывает свой экзоскелет, заново отращивая хитиновый внешний панцирь и твердый, обогащенный цинком ротовой аппарат.

«Представьте, что вы используете тупой нож вместо острого», — утверждает Вегст. «На резку уходит больше энергии, поэтому для животного, которому нужно есть и сохранять энергию, эффективный режущий механизм на самом деле является стратегией выживания. Если у меня есть тупые режущие инструменты… и я получу свой новый нож через шесть недель… Возможно, я буду голодать в это время.

«Животное, у которого есть механизм самозаточки, имеет преимущество, — продолжает она, — но для саранчи также обходится слишком дорого» потреблять столько цинка, сколько она потребности и распределить его по соответствующим участкам экзоскелета. «Это баланс, который организм, кажется, поддерживает», поддерживая эффективное распределение «только в тех областях, где [цинк] наиболее необходим».

Как цинк попадает в нижние челюсти и как саранча потребляет его в достаточном количестве, остается открытым вопросом для дальнейших исследований.

Хотя они могут существовать, Вегст говорит, что «мы еще не видели другого вида … где у нас одинаковое расположение режущих кромок по отношению друг к другу».

Но Вегст также предвидит, что в результате этого исследования возникнут идеи биомиметического дизайна. Но это не означает создание индивидуальных копий. Скорее, «биомиметика», говорит она, подразумевает «понимание принципов функционирования».

Простой принцип размещения «ресурсов в определенных областях, чтобы сделать что-то устойчивым к повреждениям, устойчивым и просто долгоживущим», — Вегст говорит: «Пока моя структура должна выжить», дает многому чему поучиться.

Дополнительная информация: Ульрике Г.К. Вегст и др., Desert саранча (Schistocerca gregaria) питается самозатачивающимися ножницеобразными челюстями, Interface Focus (2024). DOI: 10.1098/rsfs.2023.0069

Предоставлено Северо-Восточным университетом

Новости сегодня

Последние новости