科學也可以如此靠近

遇見深海龍魚,它的透明牙齒比食人魚更強壯

6月
06
2019

2019年6月06日17時 今日科學 老胡說科學

老胡說科學

龍魚嘴巴張開,內側有鋒利透明的牙齒,幾乎消失在深海的黑暗中。

不起眼的龍魚潛伏在海面以下1600多英尺的昏暗地帶。這些深海生物身長約3.5英寸,呈鰻魚狀,呈暗色,它們發出生物螢光,並進化出複雜的感知系統,使它們能夠探測到海洋中最細微的運動,然後吸引並捕獲獵物。

在周三發表在《物質》雜誌上的一篇論文中,科學家們展示了這種龍魚的另一層複雜性,這種薄而參差不齊的牙齒是由納米級大小的晶體顆粒構成的。這些納米晶體的組成和結構使龍魚的毒牙透明,比一些最兇猛的魚類捕食者,如大白鯊和食人魚的牙齒更強壯。

這項新發現引起了海洋生物學家和材料科學家的興趣。龍魚不是強壯的游泳運動員,所以研究人員想知道他們是如何吃的。

「他們基本上都在水柱里閒逛,」羅德島大學的魚類生物學家Jacqueline Webb說。「因為它們不能在實驗室中活著進行研究,任何能夠深入了解這些魚類生物學的觀察結果都是非常有價值的。」

華盛頓特區喬治城大學的材料物理學家表示,對於材料科學家而言,了解龍魚齒的細節可能有助於產生既堅固又透明的新型合成材料。

放大下的龍魚。牙齒中的納米晶體可以作為透明和堅固的新材料的模板。

馬克是這篇新論文的主要作者,也是加州大學聖地亞哥分校的材料科學家。在巨嘴鳥的喙、鮑魚和棱皮龜的殼、穿山甲和短吻鱷的鱗片中,他發現了一些結構,如果在實驗室中合成或模仿,可能會在現實世界中得到應用。

2017年,邁耶拜訪了他在聖地亞哥斯克里普斯海洋研究所的同事迪米特里·德海恩。研究生物發光的Deheyn博士在他的研究中遇到了龍魚,他一直想知道為什麼這些生物的牙齒是透明的。在檢查Deheyn博士收集的冷凍深海魚類標本時,包括面目猙獰的寬臉大鼠魚,Meyer博士同樣很感興趣。Deheyn博士切下了一條龍魚的頭,給了Meyer博士一個樣本,讓他和他在德國的萊布尼茨新材料研究所的同事一起分析。

當邁耶博士和他的同事們用電子顯微鏡仔細觀察牙齒時,他們驚奇地發現了嵌在牙齒中的微小晶體,直徑從5納米到20納米不等。「起初,我們以為是某種類型的玻璃,」邁耶博士說。這種結構與人類牙齒的牙釉質不同。

這些納米晶體的組成使牙齒不僅堅固而且透明。龍魚進化出這樣的牙齒可能是為了幫助它們成為有效的掠食者。

「它們張開的大嘴,裝備著透明的、像軍刀一樣的牙齒,有效地消失在周圍的黑暗中,」韋伯博士說。

位於羅利的北卡羅萊納州立大學研究受生物啟發的納米結構的張志豪(音譯)說,在龍魚鉤形牙齒中發現的納米晶體可以作為一種新型材料的模板,這種材料既透明又具有機械強度。

「仿生學為工程師們提供了很多靈感,這又是一個很好的例子,」張博士說。「這只是為了展示我們周圍的大自然是多麼美麗,如果能更近距離地看一看,真的會很有收穫。」


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