Железные челюсти щетинистого червя

Щетиновые черви встречаются в морской воде практически повсюду, они населяли океаны сотни миллионов лет. Тем не менее, некоторые из их особенностей были расшифрованы только сейчас: их челюсти сделаны из удивительно стабильного материала, и секрет этой стабильности теперь можно объяснить экспериментами в TU Wien в сотрудничестве с Max Perutz Labs.


Атомы металлов, входящие в состав белковой структуры материала, играют решающую роль. Они делают материал одновременно твердым и гибким – очень похожим на обычные металлы. Дальнейшие исследования этого класса материалов направлены на производство новых, пригодных для промышленного использования материалов естественным способом.

Отдельные атомы металла

«Материалы, из которых сделаны позвоночные, хорошо изучены», – говорит профессор Кристиан Хельмих из Института механики материалов и конструкций в Венском техническом университете. «Кости, например, имеют очень иерархическую структуру: есть органические и минеральные части, крошечные структуры объединяются в более крупные структуры, которые, в свою очередь, образуют еще более крупные структуры».

С щетинистыми червями дело обстоит иначе. Их челюсти чрезвычайно сильны и не ломаются, но они не содержат минеральных гранул, как кости позвоночных. Вместо этого они содержат металлы. Конечно, это не имеет ничего общего с объектами из чистого металла, такими как золотые зубы или искусственные бедра из титана: щетинный червь использует металлы, такие как магний или цинк, в форме отдельных атомов, которые включены в структуру белка.

«Сам по себе тот факт, что в челюсти щетинистого червя есть атомы металла, не объясняет его превосходных свойств материала», – говорит Кристиан Хельмих. Типичные свойства, присущие обычным металлам, – помимо их твердости и эластичности, прежде всего их прочности, – в конечном итоге создаются только в результате взаимодействия множества атомов. Создаются скользящие поверхности, по которым атомы движутся друг против друга. Это можно исследовать с помощью так называемых тестов на наноиндентирование: к материалу прилагается сила точно определенным образом, а затем исследуются возникающие в результате деформации. Удивительно, но оказалось, что материал челюсти щетинистого червя ведет себя очень похоже на металл.

Древний высокоэффективный материал

«Принцип конструкции, благодаря которому челюсти щетинистого червя стали настолько успешными, по-видимому, зародился около 500 миллионов лет назад», – говорит Флориан Райбле из Max Perutz Labs, совместного предприятия Венского университета и Венского медицинского университета. «Ионы металлов встраиваются непосредственно в белковые цепи, а затем гарантируют, что различные белковые цепи удерживаются вместе». Таким образом, щетинистый червь может создавать трехмерные формы из особенно стабильной белковой матрицы.

В то же время эта структура также допускает деформацию: когда на материал действует внешняя сила, белковые цепи могут скользить друг мимо друга. Материал допускает упругопластические деформации, а не является хрупким и хрупким.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments