482.36
-0.38
568.99
-1.66
8.19
-0.05
-2
Погода в Ереване
Рус
Зубы морских ежей могут стать прототипом для создания сверхпрочных наноматериалов - ученые
16:01
31 Марта 2009

Разгадка механизма превращения морскими ежами аморфного карбоната кальция в один из самых твердых и прочных природных материалов - кальцит - может в будущем открыть новую область развития наноматериалов для самых разных областей технологии, уверены авторы исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Наиболее прочный природный материал, образующий зубы, кости, а также раковины моллюсков и острые кромки зубов морских ежей, уже давно привлекает повышенное внимание ученых как один из самых ярких примеров природного нанотехнологического процесса сборки объемного материала из мельчайших частиц.

Группа ученых из Израиля, Германии и Франции под руководством Пупы Джилберт (Pupa Gilbert), физика из университета Висконсин-Мэдисон в США, сумела впервые описать процесс, в результате которого морские ежи преобразуют аморфный материал - карбонат кальция, известный всем как накипь в чайниках, - в кристаллический материал кальцит. Исследователи полагают, что этот процесс может отражать суть самых разнообразных примеров биологической минерализации.

"Если бы мы смогли искусственно воссоздать этот процесс, он бы мгновенно нашел применение во многих сферах технологий, так как он отражает природный подход к сборке наноматериалов что называется "снизу вверх" - из элементарных строительных блоков , - считает Джилберт, слова которой приводит пресс-служба университета Висконсин-Мэдисон.

В своей работе ученые наблюдали за ростом так называемых спикул - очень острых скелетных игл, образующих скелет животных, пока те находятся в начальной стадии развития и располагающихся впоследствии на режущей кромке зубов морских ежей. Для этого авторы статьи использовали инновационный тип микроскопии, основу которого составляет мягкое рентгеновское излучение, получаемое с помощью особого типа ускорителей элементарных частиц - синхротронов.

Спикулы, как и зубы и кости всех животных и человека, являются гибридным биологическим минералом, состоящим из органических молекул и минеральных компонентов, которые животные синтезируют из наиболее доступных химических элементов, содержащихся в воде - кальция, кислорода и углерода. В течение 48 часов своего роста спикулы становятся полностью монокристаллическими и бездефектными образованиями, имеющими треугольную форму, напоминающую форму логотипа Mercedes-Benz.

Твердость спикул, образующих кончики зубов морского ежа, такова, что позволяет ежам без труда вгрызаться в грунт, состоящий из такого же минерала кальцита.

"Чтобы достичь такой необычной морфологии и функциональности спикул, организмы сперва наращивают аморфный скелет будущей кости или зуба, а затем каким-то образом запускают процесс цепной кристаллизации, в ходе которого атомы выстраиваются в кристаллическую решетку с особой ориентацией", - говорит Джилберт.

Именно этот процесс перехода из аморфного состояния в кристаллическое и интересовал ученых, следивших за развитием двух-трехдневных личинок морских ежей с помощью нескольких методов микроскопии. Оказалось, что спикулы зарождаются в скоплениях специализированных клеток, где организм откладывает первый микрокристалл кальцита специфической ромбоэдрической геометрии, из которого происходит дальнейший рост всей спикулы.

На гранях этого кристалла под углом 120 градусов друг ко другу происходит наращивание новых ветвей кристалла, однако в форме аморфного карбоната кальция. Так аморфный материал формирует всю спикулу, и только после этого запускается процесс цепной кристаллизации в кальцит.

"Кристаллизация спикулы происходит по цепочке и по своему характеру напоминает распространение молнии в воздухе во время грозы", - отмечает Джилберт.

Авторы исследования надеются, что новые фундаментальные знания о процессах биологической минерализации кальцита окажутся в будущем полезными при создании новых сверхпрочных и легких материалов. -0-

Loading...
Материалы по теме
Другие материалы раздела
21:11
15 Декабря 2017
НАСА и Google заявили о сенсационном открытии
Американское космическое агентство обнаружило восьмую планету на орбите звезды Кеплер-90, что делает ее систему близнецом нашей Солнечной системы
09:26
15 Декабря 2017
Исследователи выяснили неожиданную пользу горячего чая
Ежедневное употребление именно горячего чая оказалось связанным с меньшим риском появления этого заболевания
21:16
14 Декабря 2017
Ученые обнаружили неожиданную причину пьянства
Ученые провели исследование на основе имеющихся исторических и архивных данных
16:46
14 Декабря 2017
"Ростелеком" в Армении начал сотрудничество с Facebook
"Ростелеком" запустил новые технологические решения для армянских пользователей, повышая доступность и скорость сети для  наиболее часто используемых ресурсов
10:27
14 Декабря 2017
Гарвардские ученые назвали пять заболеваний, от которых защищает кофе
Год от года кофе собирает все больше "адептов", в настоящее время люди выпивают от 400 миллиардов чашек ежегодно
10:20
13 Декабря 2017
Исследователи раскрыли условие долгой жизни
По мнению специалистов, выявленные особенности являются одним из факторов долгой жизни
09:43
13 Декабря 2017
Пролетевший мимо Земли межзвездный объект может быть кораблем пришельцев - ученые
Проверить гипотезу специалисты планируют при помощи радиотелескопа Грин-Бэнк в Западной Вирджинии
21:14
12 Декабря 2017
Ученые обнаружили продукт, провоцирующий развитие болезни Альцгеймера
Болезнь Альцгеймера, как известно, является нейродегенеративным заболеванием и поражает определённые области мозга. Тем не менее факторы риска определяются не только тем, какой организм подарила человеку природа
20:28
12 Декабря 2017
Специалисты обнаружили новую опасность микроволновок
Физики из Сан-Франциско заинтересовались этим явлением из-за иска, поданного посетителем ресторана
09:56
11 Декабря 2017
Ученые обнаружили неожиданную опасность недосыпания
Ученые Йельского университета выяснили, что к чему может привести недосыпание
10:15
08 Декабря 2017
Ученые нашли предел возможностей человеческого организма
Французские ученые определили предельные возможности человеческого организма
21:29
07 Декабря 2017
Ученые обнаружили неожиданные последствия частого приема болеутоляющих
Ученые Ньюкаслского университета в Великобритании выяснили, к чему может привести частый прием болеутоляющих средств