Моллюск рассказал людям о нанотехнологиях

Некоторые живые существа умеют работать с наночастицами не хуже людей. И недавно американский биолог Дэвид Кисаилус в этом убедился — он выяснил, что моллюски из группы хитонов пользуются нанотехнологиями при создании новых зубов. И для этого им вовсе не нужны какие-то особые условия, а также много энергии. А вот мы пока так, увы, не можем.

Фото:

Следует заметить, что люди, хоть и мнят себя царями природы, на самом деле скорее являются обыкновенными плагиаторами, поскольку заимствуют у природы самые разные технологии, не платя ей при этом авторские отчисления. Создается впечатление, что Homo sapiens вообще не может создать ничего, что нельзя бы было увидеть в окружающем его мире. По сути и колесо, и локаторы, и интернет, да и многое другое — все это имеет свои аналоги в природе, то есть в действительности люди не изобретатели, а лишь талантливые подражатели, которые могут приспособить любое явление для своих нужд.

Впрочем, считается, что некоторые вещи человек все же создал сам. Например, нанотехнологии (я имею в виду использование мельчайших частиц одного вещества для изменения свойств материалов). Хотя на самом деле и здесь роду людскому есть чему поучиться у матушки природы. Дело в том, что некоторые живые существа тоже умеют работать с наночастицами, причем не хуже людей. И недавно биолог Дэвид Кисаилус из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) в этом убедился.

Ученый исследовал моллюсков из группы панцирных или хитонов (Polyplacophora), которые обитают на камнях в приливной зоне морей, а также на рифах. Эти существа не обладают цельной раковиной — их спину прикрывают восемь пластин, подвижно сочлененных друг с другом. Мускулистая нога позволяет хитонам надежно прикрепляться к поверхности — так, что даже штормовые волны не способны оторвать его от камней и унести в океан.

Большую часть жизни эти моллюски проводят следующим образом — они неторопливо ползают по камням, соскребая с них обрастания, которые поедают. Для этого они используют интересный орган, который биологи называют радулой или теркой. Радула расположена в особом кармане глотки моллюсков и представляет собой длинную ленту, покрытую правильными рядами хитиновых зубов. Этот интересный орган действует по принципу землечерпательной машины, снабженной ковшами — первые несколько рядов размалывают верхний слой камня, чтобы следующие могли добраться до водорослей и отскрести их от породы.

Само собой, при такой работе зубы все время стираются, однако в радулярном кармане происходит постоянное наращивание рядов. Поэтом хитон может не беспокоится о том, что останется совсем без зубов. И именно при этом, как выяснил профессор Кисаилус, и происходит использование нанотехнологий.

Ученый исследовал строение зубов у моллюска Cryptochiton stelleri, который является обычным жителем тихоокеанского побережья США. Он выяснил, что зубы радулы этого существа имеют покрытие из магнетита (FeO·Fe₂O₃), который, как мы знаем, является одним из самых твердых биоминералов. Исследователь проследил, каким образом образуется это покрытие.

Процесс формирования нового зуба происходит в три этапа: сначала гидратированный оксид железа осаждается на волокноподобных хитиновых органических "заготовках", потом из оксида образуется магнетит, а это, в свою очередь, приводит к изменению формы зуба, и он из весьма аморфного образования становится конусом с острой верхушкой. Самым интересным является то, что при образовании магнетита хитиновая основа изменяет свои свойства — рыхлый и пористый материал, связываясь с частичками покрытия, меняет свою структуру.

Но это еще не все — сам магнетит в процессе затвердевания зуба тоже упорядочивается. Г-н Кисаилус выяснил, что сначала образование нового вещества происходит бессистемно, однако по мере того, как изменяется хитин, магнетит начинает накапливаться в основном только в передней части будущего зуба, то есть образует классическую режущую кромку. Это как раз и есть основной принцип нанотехнологий — по мере контакта оба вещества, воздействуя друг на друга, изменяют свою структуру и свойства.

Ученый утверждает, что моллюску не нужно много энергии для того, чтобы сделать себе новые зубы. "Невероятно, но все это протекает при комнатной температуре и вообще не требует каких-то особых условий. Это делает такой подход привлекательным для изготовления наноматериалов с отличным соотношением "цена — качество", если мы сможем воспроизвести данную технологию" — говорит г-н Кисаилус.

По его мнению, основная привлекательность данной технологии состоит не только в том, что она чрезвычайно проста и не требует больших энергозатрат, но и потому, что в процессе создания новых зубов обеспечивается высокая точность контроля параметров конечного продукта. Так что если люди смогут воспроизвести данную технологию в лаборатории, то они смогут, используя многоразовые заготовки, на которых быстро кристаллизуются твердые наноматериалы, создать куда более эффективные солнечные батареи и литий-ионные аккумуляторы. А также много других интересных и полезных вещей — например, новые конструкционные материалы для авиации и автомобилей.

Итак, как видите, даже нанотехнологиям нам следует поучится у братьев наших старших, поскольку они используют их куда лучше и эффективнее, нежели род человеческий…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"