Дослідники з Німеччини та США дослідили скелет акули на нанорівні. Результати показали, що по-особливому влаштована хрящова тканина дає цим рибам стійкість до ушкоджень, гнучкість та міцність. Підхід пропонують застосовувати для інженерних розрахунків при виробництві протезів, імплантів, захисного спорядження та в царині аерокосмічних технологій, пише Forbes.
Над дослідженням працювали: американські — Коледж наук імені Чарльза Е. Шмідта, Коледж інженерії та комп’ютерних наук Флоридського Атлантичного університету, Національна служба морського рибальства (NOAA Fisheries), а також німецький науковий центр Deutsche Elektronen-Synchrotron. Результати опублікували у спеціалізованому виданні ACS Publications.
Дослідники зосередилися на хребті чорноперої акули. Це поширений прибережний вид, що мешкає у теплих мілководдях по всьому світу. Зазвичай вони виростають на 1,5 метра у довжину, хоча бувають і крупніші особини. Харчуються дрібною рибою, використовуючи ривок з прискоренням, щоб раптово спіймати здобич. Аналізуючи кістяк хижака, вчені зробили синхротронну рентгенівську нанотомографію. Цей метод 3D-візуалізації дозволяє роздивитися структуру в нанометровому масштабі. Окрім зображення, науковці також провели механічні випробування. Сама сполучна тканина і те, як вона об’єднується у скелет, створює ефект адаптивності, міцності і гнучкост. Це властивоті, які дали акулам змогу виживати понад 400 млн років.
“Природа створює надзвичайно міцні матеріали, поєднуючи мінерали з біологічними полімерами, такими як колаген. Цей процес відомий нам як біомінералізація, — прокоментувала дослідження старша авторка Вівіан Мерк. — Ця стратегія дозволяє таким істотам, як креветки, ракоподібні та навіть люди, розвивати міцні, стійкі скелети. Акули є яскравим прикладом”.
Хрящі в акул працюють як пружина. Вони стискаються і випрямляються під впливом зовнішніх чинників. Коли акула згинає і розгинає хвіст, завдяки побудові хребта вивільняється додаткова енергія, яка підсилює кожен наступний гребок. Тваринам вдається досягати цього ефекту завдяки тому, як еволюція облаштувала саму тканину кістяка.
Структура хребта неоднорідна. Є зовнішній мінералізований шар corpus calcareum. Під ним внутрішнє наповнення intermediale. Обидва шари складаються з щільно запакованого колагену та мінералу біоапатит, що міститься також у людських кістках. Ці області хрящової тканини у акул пористі і посилені товстими розпірками, які допомагають поглинати тиск і напругу з різних боків. Хоча хімічний склад в обидвох шарів схожий, фізичні властивості різні.
Біопатит сформований у крихітні голочки, які вирівнюються залежно від розташування ниток колагену. Така взаємозалежність підвищує здатність матеріалу протистояти пошкодженням. Є також окремий механізм для запобігання появи тріщин. Дослідники виявили спіральні волокнисті структури в хрящі, що виконують цю функцію. Вчені вважають, що саме у такий спосіб варто створювати новітні матеріали для виготовлення імплантатів, протезів, захисного чи аерокосмічного спорядження.
Раніше науковці вже використали структуру акулячої луски, щоб виготовити покриття для літаків. Його так і назвали — “акуляча шкіра”. Воно зменшує турбулентність та збільшує швидкість польоту. Наноситься як клейка плівка. Завдяки цій розробці авіакомпанії економлять десятки мільярдів доларів на паливі.