Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci zjistili, proč ochranná skořápka (krunýř) ramenonožce Discinisca tenuis ve vodě extrémně změkne a na vzduchu opět ztvrdne. Jak se ukázalo, schránka nasáklá vodou se dá dokonce i různě skládat a překládat bez toho, aby se polámala. Proces je přitom vratný. Ramenonožci jsou mořští živočichové, tento druh ale žije v přílivovém pásmu u západoafrického pobřeží.
Schránka ramenonožce není tlustší než půl milimetru; skládá se z hybridního materiálu: převážně anorganického minerálu, v němž jsou zabudovány organické polymery z bílkovin a sacharidů. Minerál, který tvoří hlavní složku schránky, je druh fluoroapatitu. Svým chemickým složením se tedy schránka podobá kostem nebo i skořápkám škeblí (ramenonožci mlže připomínají, ale příbuzní s nimi nejsou), u nich ale žádné podobné přeměny neprobíhají. Podrobnosti o fungování této skořápky vědci nyní získali pomocí kryotomografie, tedy sledováním materiálu pod mikroskopem s vysokým rozlišením při velmi nízkých teplotách.
Pozorování ukázalo, že nanokrystaly fluoroapatitu jsou uspořádány ve vrstvách. Spoluautor studie Fabio Nudelman z University of Edinburgh je přirovnává k cihlovým zdem. V této analogii jsou cihly nanokrystaly a malta mezi cihlami se skládá z organických molekul, jako je chitin a bílkoviny. „Malta“ může absorbovat velké množství vody, což způsobuje její bobtnání. Akumulací vody mění svou strukturu: měkne a cihly se vůči sobě stávají pohyblivými. Voda působí jako „mazivo“ mezi jednotlivými nanokrystaly a ty pak mohou přes sebe klouzat. Tímto pohybem se skořápka stává pružnou. Síť pórů ve skořápce je obzvláště účinná při vedení vody dovnitř a její rychlé distribuci v celém materiálu.
Discinisca tenuis žije v koloniích v přílivových zónách, kde je v závislosti na fázi voda klidná nebo naopak prudce proudí a vytváří vlny. Pro živočichy je nejspíš výhodné dokázat tvrdost schránky rychle přizpůsobit okamžité situaci, krunýř se pak poškodí s menší pravděpodobností. Možná tuto vlastnost mají i schránky jiných vodních živočichů.
Nakonec materiály s těmito vlastnostmi by se nám mohly hodit i pro různé technologické aplikace. Sportovní oblečení nebo helmy by se mohly pružně přizpůsobovat pohybům a současně vždy poskytovat potřebnou ochranu při nárazu. Využití tohoto jevu by mohlo být užitečné i při vývoji materiálů, z nichž se dělají náhrady kostí.
Johannes Ihli et al, Mechanical adaptation of brachiopod shells via hydration-induced structural changes, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25613-4
Zdroj: Paul Scherrer Institute / Phys.org
