سر تحول أسنان النمل إلى أدوات صلبة وحادة!

أعلن فريق علماء، من جامعة أوريغون ومختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني PNNL، عن اكتشافهم سر حدة لدغات النمل والكائنات الحية الصغيرة، بحسب ما نشره موقع New Atlas.
وأشار العلماء إلى أن الإجابة تكمن في قدرة تلك الكائنات على إضافة ذرات الزنك بشكل موحد إلى أسنانها، موضحين أن الاكتشاف الجديد يفسر سبب قدرة النمل والنمل الأبيض ومفصليات الأرجل الصغيرة الأخرى على مضغ الخشب ومجموعة متنوعة مذهلة من المواد الأخرى.
مواد أكثر صلابة
وشرح العلماء أن فكي وأسنان هذه المخلوقات صلبة، حيث يتكون الفك السفلي للحشرات من مزيج من البروتينات وبوليمر كيتين وهو أحد مشتقات متعدد السكاريد، والتي ترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية لإنتاج ألياف الكيتين الدقيقة. وتصبح الكيتين، وهي مادة صلبة، عند مزجها بمواد أخرى مثل كربونات الكالسيوم أكثر صلابة، مثلما هو الحال مع قشور الكركند وسرطان البحر.
هياكل حادة ومفصلة
ومن بين الأمثلة المهمة على هذا الاكتشاف هو أنه عندما يتم دمج 8% من الزنك، يصبح الكيتين صلبًا وقويًا بدرجة كافية لصنع هياكل حادة للغاية ومفصلة بعناية مثل أسنان النمل شديدة التحمل.
تحت قيادة بروفيسور روبرت سكوفيلد من جامعة أوريغون، قام فريق من علماء الفيزياء الحيوية بقياس صلابة ومرونة وطاقة الكسر ومقاومة التآكل ومقاومة تأثير أسنان النمل وغيرها من أسنان الحيوانات المجهرية لمعرفة المزيد حول كيفية عملها وكيفية تقليدها على نطاق أوسع لخدمة البشر.
الفحص بمقياس ذري
احتاج فريق العلماء إلى فحص أسنان النمل على المقياس الذري، لذلك شارك بروفيسور آرون ديفاراج، عالم المواد بمختبر PNNL يعاونه المتدرب للحصول على درجة الدكتوراه شياويي وانغ، في جهود تطبيق التصوير المقطعي بمسبار الذرة، والتي تضمنت أخذ عينات تشبه الإبرة تم جمعها باستخدام مجهر شعاع أيوني وتعريضها لليزر أو نبضات عالية الفولت لتبخر الذرات من السطح لالتقاط صور ثلاثية الأبعاد وقياسات التركيب الكيميائي بمقياس حوالي عُشر نانومتر.
خريطة للذرات على أسنان النمل
باستخدام هذه التقنية، تمكن فريق الباحثين من رسم خريطة للذرات الفردية على سن النمل، ومن ثم اكتشفوا أن طبقة من الزنك تم توزيعها بشكل موحد على الأسنان بدلاً من التجمع في عقيدات بحجم النانو كما كان متوقعًا قبل الفحص الذري المتطور.
وأفاد الباحثون أن هذا النمط الموحد لتوزيع طبقة الزنك على الأسنان يسمح بأن تكون أكثر حدة، بحيث يمكن للنمل أو أي مخلوق آخر أن يخترق المواد باستخدام 60% فقط أو أقل من القوة المطلوبة للمواد المماثلة لتلك الموجودة في أسنان الإنسان.
أكثر كفاءة وقوة
وشرح الباحثون أن هذه التقنية تجعل أسنان النمل أكثر كفاءة ويمكن أن يفسر أيضًا سبب تطور مفصليات الأرجل والقشريات والديدان وغيرها من المخلوقات ذات الصلة البعيدة إلى الفك السفلي أو أدوات مماثلة.
حيلة بيولوجية
وصرح بروفيسور سكوفيلد قائلًا إن النتائج يمكن أن تفيد البحث العلمي للتوسع في استخدامات تلك الحيلة البيولوجية، حيث أنه عند إضافة الزنك إلى أسنان النمل فإنه قوة صلابته، على سبيل المثال، تزداد من صلابة البلاستيك إلى صلابة الألومنيوم، مشيرًا إلى أنه "على الرغم من وجود مواد هندسية أصعب بكثير، إلا أنها غالبًا ما تكون أكثر هشاشة".