Как жемчуг достигает наноразмерной точности

В исследованиях, которые могут дать информацию о будущих высокоэффективных наноматериалах, команда под руководством Мичиганского университета впервые обнаружила, как моллюски строят сверхпрочные структуры с уровнем симметрии, который превосходит все остальное в мире природы, за исключением отдельных атомов.


«Мы, люди, со всем нашим доступом к технологиям, не можем создать что-то с наноразмерной архитектурой, столь же сложной, как жемчужина», – сказал Роберт Ховден, доцент кафедры материаловедения и инженерии UM и автор статьи. «Таким образом, мы можем многому научиться, изучая, как жемчуг превращается из беспорядочного небытия в эту удивительно симметричную структуру».

Анализ проводился в сотрудничестве с исследователями из Австралийского национального университета, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Университета Западной Норвегии и Корнельского университета.

Опубликовано в Труды Национальной академии наук, исследование показало, что симметрия жемчужины становится все более и более точной по мере того, как она строится, отвечая на многовековые вопросы о том, как беспорядок в ее центре становится своего рода совершенством.

Слои перламутра, переливающегося и чрезвычайно прочного органо-неорганического композита, из которого также состоят раковины устриц и других моллюсков, построены на осколке арагонита, окружающем органический центр. Слои, которые составляют более 90% объема жемчужины, становятся все тоньше и ближе друг к другу по мере их расширения от центра.

Возможно, самым удивительным открытием стало то, что моллюски поддерживают симметрию своего жемчуга, регулируя толщину каждого слоя перламутра. Если один слой толще, следующий будет тоньше, и наоборот. Жемчуг, изображенный в исследовании, содержит 2615 точно подобранных слоев перламутра, отложенных в течение 548 дней.

«Эти тонкие, гладкие слои перламутра немного похожи на простыни с органическими веществами между ними», – сказал Ховден. «Между каждым слоем существует взаимодействие, и мы предполагаем, что именно это взаимодействие позволяет системе корректировать свои действия».

Команда также обнаружила подробности о том, как работает взаимодействие между слоями. Математический анализ слоев жемчуга показывает, что они следуют явлению, известному как « 1 / f», когда ряд событий, которые кажутся случайными, связаны между собой, причем каждое новое событие находится под влиянием предыдущего. Было показано, что шум 1 / f управляет широким спектром природных и антропогенных процессов, включая сейсмическую активность, экономические рынки, электричество, физику и даже классическую музыку.

«Например, когда вы бросаете кости, каждый бросок полностью независим и не связан с каждым другим броском. Но 1 / f отличается тем, что каждое событие связано», – сказал Ховден. «Мы не можем предсказать это, но мы можем видеть структуру в хаосе. И внутри этой структуры есть сложные механизмы, которые позволяют тысячам слоев перламутра жемчужины объединяться для обеспечения порядка и точности».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments