Fische Armor abstößt Teufelskreis Piranha Biss

Ein Amazonas Süßwasserfisch entwickelte Skalen mit mikroskopischen armorlike Strukturen, die speziell gegen ein Piranha piercing Biss, neue Forschung zeigt.

Arapaima Gigas ist die größte – und evolutionär, eines der ältesten — Fischarten leben in den Seen des Amazonas-Beckens. Ein Team von Forschern am Lawrence Berkeley National Laboratory interessiert bei der Bestimmung, wie dieser Fisch so erfolgreich mit den bösartigen räuberische Piranha untersucht A. Gigas Skalen mit einer höheren Auflösung als eine Vergangenheit Prüfung Zusammenleben entwickelt hatte. Sie fanden, dass jede einzelne Schuppe gestapelten Spirale staircaselike Schichten von Proteinen, die sich nach innen drehen und nach außen enthält zu absorbieren oder abstoßen die Kraft eines Bisses Piranha. [Biodiversität ist reich: atemberaubende Fotos des Amazonas]

Schuppige Verteidigung

Die Spirale staircaselike Strukturen in jedem Maßstab bereitzustellen, die letzte Linie der Verteidigung in das Team zu eine Hierarchie der Abwehr hält, die zwischen makroskopischen und mikroskopischen Skalen liegen. Für eine erste Linie der Verteidigung skaliert die Fische jedes Überlappung von etwa 60 Prozent, die was eine doppelte Schicht von Schutz für die meisten Fische den Körper zur Verfügung zu stellen. Ein Piranha-Zahn die Dicke einer Waage, aber nicht die Dicke von zwei leicht eindringen kann, sagten die Forscher.

Zoomen tiefer in die Waagschale, jeder hat eine schützende harte äußere Schale, die etwa 0,5 Millimeter dick ist – etwa der Dicke eines menschlichen Haares – und ein weicher Kern, der ca. 1 mm dick ist. Dieser innere Kern besteht aus Kollagen, einem Protein, das in der menschlichen Haut und bietet ein Maß an Elastizität fehlt an den spröden Außenhülle.

Schließlich besteht jedes weicher inneren Kern aus mehreren Spirale staircaselike Strukturen, die sich nach innen und nach außen als Reaktion auf die Kraft eines Bisses zu drehen.

"Die Schönheit der Struktur wird beim Anwenden einer Last in eine bestimmte Richtung, die Wendeltreppe haben die Fähigkeit zu drehen, und können die Lasten ändern Sie sich beworben haben, die gesamte Probe die Belastungen standhalten", sagte Co-Studienautor Bernd Gludovatz, Postdoktorand am Lawrence Berkeley National Laboratory.

Das Team Kräfte ähnlich wie ein Piranha Biss auf Probe A. Gigas Skalen angewendet, und beobachtet die Reaktion der mikroskopischen Kollagen-Schichten mit einer Technik namens kleine Winkel Röntgenstreuung (SAXS).

Obwohl dies zum ersten Mal worden die unterschiedliche strukturellen Mechanismus gefunden in Fischschuppen, andere Fische können ähnliche Strukturen aber haben noch nicht untersucht worden mit solch einer hohen Auflösung, Gludovatz sagte.

Militärische Anwendungen

Abgesehen von erklären das biologische Geheimnis wie man Fische entwickelt, um mit einem bösartigen Räuber koexistieren, können die neuen Erkenntnisse auch Bio-inspirierte Materialdesign, wie Innovationen in der militärischen Rüstung mitteilen.

"Was wir wollen ist von der Natur lernen wie Materialien weiterentwickelt werden, um die effizienteste für verschiedene Einzelanwendungen werden", sagte Gludovatz. "Wir wollen verstehen, wie die Natur diese Materialien entwickelt, und dann versuchen, kopieren Sie sie etwas ähnliches zu machen und, wenn möglich, die mechanischen Eigenschaften zu erhalten, vielleicht sogar noch besser und effizienter."

Das Team hat auch begonnen Studium der elastischen Eigenschaften von Huhn und Kaninchen Haut besser zu verstehen, die mikroskopischen Eigenschaften für die Elastizität der Haut verantwortlich.

Die neuen Erkenntnisse sind detailliert in der Zeitschrift Nature Communications (Okt. 15) heute.

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