بررسی ساز و کار خود تیزشوندگی در خارپشت‌های دریایی

محققان آمریکایی اخیراً توانستند به حل راز چگونگی حفظ خارهای تیز در خارپشت دریایی پی ببرند. این خارها روی سنگ،‌ حفراتی را برای پنهان شدن از گزند شکارچیان ایجاد می‌کند. پژوهشگران دریافتند که این خارها از یک ساز و کار خود تیزشوندگی بهره‌مند هستند.

محققان آمریکایی اخیراً توانستند به حل راز
چگونگی حفظ خارهای تیز در خارپشت دریایی پی ببرند. این خارها روی سنگ،‌
حفراتی را برای پنهان شدن از گزند شکارچیان ایجاد می‌کند. پژوهشگران
دریافتند که این خارها از یک ساز و کار خود تیزشوندگی بهره‌مند هستند.
نتایج این پروژه ممکن است روزی منجر به تولید ابزارهای خود تیزشونده شود.

خارپشت دریایی قادر است با استفاده از خارهای تیز خود جلبک‌ها را از روی
سنگ کف دریا تراشیده، درون آن حفره‌هایی برای پنهان شدن از دید شکارچیان
ایجاد کند. با این که این حیوان از خارهای خود استفاده می‌کند؛ اما این
خارها همچنان تیز باقی می‌مانند. ساختار این خارها از چیدمان پیچیده‌ی
بلورهای کلسیت(کربنات کلسیم) تشکیل شده‌است. این ماده تشکیل فیبرها و
صفحاتی می‌دهد که با کمک ماتریکس چندبلوری از نانوذرات به هم چسبیده‌اند،
در واقع نانوذرات نقش سیمان را برای این ساختار ایفا می‌کند. از آنجا که
سنگ‌هایی که این خارپشت‌های دریایی می‌تراشند، از جنس آهک بودکه اصلی‌ترین
ترکیبشان کلسیت است، این سؤال پیش می‌آید که چگونه خارهای این حیوان از این
سنگ مستحکم‌تر است؟
 

گیلبرت پوپا و همکارانش، از دانشگاه
ویسکونسین، روی یافتن پاسخ این سؤال کار می‌کنند. آنها به بررسی ساختار
پیچیده‌ی این خارها در خارپشت‌های بنفش دریایی پرداختند. گیلبرت پوپا
می‌گوید که شما برای شکستن یا تراشیدن یک جسم سخت، باید از ابزار محکم‌تری
نسبت با آن جسم استفاده کنید. در مورد خارهای این حیوان نیز این قانون صادق
است، اما راز استحکام این خارها در طراحی ساختار آن نهفته است؛ به‌طوری که
نانوذرات منجر به استحکام بیشتر آن شده‌است. کلید این معما در پاسخ به این
سؤال نهفته است که خارها از کجا و چه زمانی می‌شکنند.

این گروه تحقیقاتی با استفاده از تصاویر با قدرت تفکیک بالا، دریافتند که
اگر خارها در معرض فشار قرار گیرند، ترک‌های منقطعی روی آنها ایجاد می‌شود.
در سطح تمام فیبرها و صفحات، یک لایه‌ی آلی به ضخامت یک‌دهم میکرون قرار
دارد. این ارتباط در ساختار خارها، ارتباط ضعیفی است که می‌تواند محل شکستن
خارها باشد. اگر بخشی از لایه‌ی قرارگرفته روی خار، از آن جدا شود آنگاه
خار از آن نقطه شکسته می‌شود. وقتی خار رشدمی‌کند، شکسته شدن یک بخش روی
آن، موجب می‌شود تا قسمت‌های سنگی مستحکم و تازه در معرض عوامل بیرون قرار
گیرد.

این پروژه به شکل زیبایی ویژگی‌های خار را توصیف می‌کند. تاکنون چنین
مطالعه‌ای که بتواند با قدرت تفکیک بالا درون خارها را نشان بدهد، انجام
نشده‌است.

گیلبرت می‌گوید:«از این روش خود ترمیمی می‌توان در طراحی نانومواد خودآرای
لایه‌ای با مورفولوژی‌های مختلف استفاده کرد؛ به‌طوری که همیشه یک سطح تازه
برای انجام یک کار مشخص در سطح قرار داشته باشد».