Wiele rodzajów kałamarnic ma ostre jak brzytwa zęby. Po prostu nie znajdują się one tam, gdzie można by się ich spodziewać. Każda z przyssawek, które biegną wzdłuż macek kałamarnicy, kryje w sobie pierścień zębów. Zęby te uniemożliwiają ofierze odpłynięcie. Są one również czymś więcej niż tylko ciekawostką. Naukowcy chcą stworzyć materiały inspirowane kałamarnicą, które będą równie mocne jak te kolce. Dane z nowego badania mogą im w tym pomóc.
Przed rozpoczęciem projektowania nowych materiałów naukowcy musieli zrozumieć, co sprawia, że zęby kałamarnicy są tak mocne. Niektórzy rozpoczęli taką pracę, skupiając się na dużych cząsteczkach – białkach ssaczych – które tworzą zęby.
Educators and Parents, Sign Up for The Cheat Sheet
Cotygodniowe aktualizacje, które pomogą Ci wykorzystać Science News for Students w środowisku nauczania
Akshita Kumar jest studentem studiów magisterskich na Nanyang Technological University w Singapurze. Wraz z naukowcami z A*STAR’s Bioinformatics Institute, również w Singapurze, jej grupa zidentyfikowała dziesiątki białek ssaczych. Jak donosi zespół Kumar, tworzą one silne, rozciągliwe struktury, zwane beta-szetami. (Struktury te sprawiają, że pajęczy jedwab jest mocny i rozciągliwy.) Nowe dane pokazują, że te białka kałamarnicy są termoplastyczne. Oznacza to, że topią się po podgrzaniu i ponownie stają się stałe po schłodzeniu.
„To sprawia, że materiał można formować i ponownie wykorzystać”, wyjaśnia Kumar. Wyniki badań swojego zespołu przedstawiła pod koniec lutego na konferencji Biophysical Society w Los Angeles, Calif.
Z pomocą bakterii
Badania Kumar skupiły się na suckerin-19, jednym z najczęstszych takich białek. Pracuje ona w laboratorium materiałoznawcy Ali Misereza, który bada białka kałamarnicy od 2009 roku.
Kumar nie musi usuwać zębów kałamarnicy, aby badać białka. Zamiast tego, naukowcy z laboratorium Misereza mogą „trenować” bakterie do wytwarzania białek. Aby to zrobić, badacze zmieniają geny w jednokomórkowych mikrobach. W ten sposób zespół może uzyskać mnóstwo białek ssaczych – nawet wtedy, gdy nie ma w pobliżu kałamarnicy.
Naukowcy zwykli uważać, że przyssawkowe zęby kałamarnicy są wykonane z twardego materiału zwanego chityną (KY-tin). „Nawet podręczniki czasami wspominają, że są one wykonane z chityny,” zauważa Kumar. Ale to nieprawda, wykazał teraz jej zespół. Zęby nie są również wykonane z minerałów takich jak wapń, które nadają ludzkim zębom ich siłę. Zamiast tego, zęby pierścieniowe kałamarnicy zawierają białka i tylko białka. To jest ekscytujące, mówi Kumar. Oznacza to, że super wytrzymały materiał może być wykonany przy użyciu tylko białek – bez innych minerałów required.
And unlike silks (such as those proteins made by spiders or cocoon-making insects), the squid stuff forms under water. Oznacza to, że materiały inspirowane kałamarnicą mogą być przydatne w wilgotnych miejscach, takich jak wnętrze ludzkiego ciała.
Materiałoznawca Melik Demirel pracuje na Pennsylvania State University w University Park. Pracuje tam nad białkami kałamarnicy i wie o badaniach w tej dziedzinie. Jak mówi, grupa z Singapuru „robi ciekawe rzeczy”. Kiedyś w przeszłości współpracował z zespołem z Singapuru. Teraz, mówi, „konkurujemy.”
Współpraca i konkurencja napędzały pole do przodu, zauważa. Tylko w ciągu ostatnich kilku lat naukowcy zaczęli naprawdę rozumieć strukturę białek w zębach kałamarnicy. Ma on nadzieję, że uda mu się wykorzystać tę wiedzę w dobrym celu.
W ostatnim czasie laboratorium Demirela wyprodukowało zainspirowany kałamarnicą materiał, który może się sam uzdrowić, gdy zostanie uszkodzony. Grupa z Singapuru koncentruje się na zrozumieniu tego, co natura wyprodukowała w zębach. Demirel mówi, że jego zespół próbuje stworzyć rzeczy „wykraczające poza to, co zapewniła natura.”
Słowa mocy
(więcej o słowach mocy, kliknij tutaj)
bakteria (pl. bakterie) Organizm jednokomórkowy. Żyją one prawie wszędzie na Ziemi, od dna morza do wnętrza zwierząt.
wapń Pierwiastek chemiczny, który jest powszechny w minerałach skorupy ziemskiej i soli morskiej. Występuje również w minerałach kości i zębów, a także może odgrywać rolę w przemieszczaniu się niektórych substancji do i z komórek.
student podyplomowy Ktoś, kto pracuje w kierunku zaawansowanego stopnia naukowego, biorąc udział w zajęciach i prowadząc badania. Ta praca jest wykonywana po tym, jak student ukończył już studia (zazwyczaj z czteroletnim dyplomem).
materiałoznawstwo Badanie, w jaki sposób struktura atomowa i molekularna materiału jest związana z jego ogólnymi właściwościami. Materiałoznawcy mogą projektować nowe materiały lub analizować istniejące. Ich analizy ogólnych właściwości materiału (takich jak gęstość, wytrzymałość i temperatura topnienia) mogą pomóc inżynierom i innym badaczom wybrać materiały, które najlepiej nadają się do nowego zastosowania.
minerał Substancje tworzące kryształ, takie jak kwarc, apatyt lub różne węglany, które tworzą skałę. Większość skał zawiera kilka różnych minerałów mish-mashed razem. Minerał zazwyczaj jest stały i stabilny w temperaturze pokojowej i ma specyficzną formułę lub przepis (z atomami występującymi w pewnych proporcjach) i specyficzną strukturę krystaliczną (co oznacza, że jego atomy są zorganizowane w pewnych regularnych trójwymiarowych wzorach). (w fizjologii) Te same związki chemiczne, które są potrzebne przez organizm do tworzenia i odżywiania tkanek w celu utrzymania zdrowia.
molekuła Elektrycznie neutralna grupa atomów, która reprezentuje najmniejszą możliwą ilość związku chemicznego. Molekuły mogą być wykonane z pojedynczych typów atomów lub z różnych typów. Na przykład, tlen w powietrzu jest wykonany z dwóch atomów tlenu (O2), ale woda jest wykonana z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu (H2O).
prey (n.) Gatunek zwierzęcia zjadany przez innych. (v.) Atakowanie i zjadanie innego gatunku.
białka Związki wykonane z jednego lub więcej długich łańcuchów aminokwasów. Białka są niezbędną częścią wszystkich żywych organizmów. Stanowią one podstawę żywych komórek, mięśni i tkanek; wykonują również pracę wewnątrz komórek. Do lepiej znanych, samodzielnych białek należy hemoglobina we krwi oraz przeciwciała, które próbują zwalczać infekcje. Leki często działają poprzez przyczepianie się do białek.
silk Delikatne, mocne, miękkie włókno przędzone przez wiele zwierząt, takich jak jedwabniki i wiele innych gąsienic, mrówki tkaczki, muchy caddis i – prawdziwych artystów – pająki.
Singapur Kraj wyspiarski położony tuż przy czubku Malezji w południowo-wschodniej Azji. Dawniej kolonia angielska, stała się niepodległym państwem w 1965 roku. Jego około 55 wysp (największą jest Singapur) obejmuje około 687 kilometrów kwadratowych (265 mil kwadratowych) lądu i jest domem dla ponad 5,6 miliona ludzi.
kałamarnica Członek rodziny głowonogów (która zawiera również ośmiornice i mątwy). Te drapieżne zwierzęta, które nie są rybami, zawierają osiem ramion, nie mają kości, dwie macki, które łapią pokarm i zdefiniowaną głowę. Zwierzę oddycha przez skrzela. Pływa wyrzucając strumienie wody spod głowy, a następnie macha płetwiastą tkanką, która jest częścią płaszcza, organu mięśniowego. Podobnie jak ośmiornica, może maskować swoją obecność, uwalniając chmurę „atramentu.”
ssak (w botanice) Pęd z podstawy rośliny. (w zoologii) Struktura na mackach niektórych głowonogów, takich jak kałamarnice, ośmiornice i mątwy.
przyssawki Rodzina białek strukturalnych, które stanowią podstawę wielu substancji naturalnych, od jedwabiu pająka do zębów na przyssawkach kałamarnicy.
termoplastyczne Termin określający substancje, które stają się plastyczne – zdolne do zmiany kształtu – po podgrzaniu, a następnie twardnieją po ochłodzeniu. I te zmiany kształtu mogą być powtarzane w kółko.