חומרים חזקים במיוחד בהשראת חסילונים

חוקרים נמצאים כעת קרוב יותר לפיתוחם של חומרים מרוכבים חזקים במיוחד, זאת תודות לחסילון מנטיס, סרטן קטן ימי וצבעוני המפרק את מעטפת הטרף שלו באמצעות תוספת דמוית-צבת הנקראת dactyl club. החוקרים מתארים לראשונה את המבנה הייחודי של תוספת זו

תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
חוקרים נמצאים כעת קרוב יותר לפיתוחם של חומרים מרוכבים חזקים במיוחד, זאת תודות לחסילון מנטיס, סרטן קטן ימי וצבעוני המפרק את מעטפת הטרף שלו באמצעות תוספת דמוית-צבת הנקראת dactyl club. החוקרים מתארים לראשונה את המבנה הייחודי של תוספת זו.

חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה נמצאים כעת קרוב יותר לפיתוחם של חומרים מרוכבים חזקים במיוחד, זאת תודות לחסילון מנטיס, סרטן קטן ימי וצבעוני המפרק את קונכיית הטרף שלו באמצעות תוספת דמוית-צבת הנקראת dactyl club. המחקר המעודכן, שאמור להתפרסם בכתב-העת המדעי Advanced Materials, מתאר לראשונה אי-פעם מבנה אידרה ייחודי, שמעולם לא נצפה בטבע, בתוך השכבה החיצונית של החסילון. המבנה הקשיח הזה לא רק מגן על הצבתות של החסילון במהלך הפגיעה, אלא שהוא זה שמאפשר לו לגרום לנזק רב לטרף שלו.

חסילון מסוג מנטיס קיים בטבע בשתי גרסאות: ‘חובטים’ ו-‘משפדים’. בעוד שהחסילונים מסוג המשפדים מחסלים את הטרף שלהם באמצעות דחיפת שיפוד לתוך יצורים ימיים בעלי גוף רך, חסילונים מהסוג של חובטים מחסלים את הטרף שלהם, בעל קונכיות קשיחות, כדוגמת סרטנים וחלזונות, בעזרת מעיכתם במהירות ועוצמה גבוהים. במסגרת מחקר קודם, לרבות מאמר שפורסם בשנת 2012 בכתב-העת המדעי היוקרתי Science, החוקרים חשפו מספר אזורים שונים באיבר הקרוי dactyl club, כולל אזור פנימי הקרוי בשם ‘האזור המחזורי’, האוצר בתוכו מבנה סופג אנרגיה המסוגל גם להרחיק גלים עוצמתיים הפוגעים בבעל החיים הימי. אזור סופג אנרגיה זה מורכב משני חלקים: אזור אורגני העשוי מכיטין (חומר קרני בשלד החיצוני של פרוקי רגליים) המאורגן במבנה סלילי כעין מדרגות לולייניות, וחומר אי-אורגני העשוי משני מלחים אמורפיים: זרחת הסידן ופחמת הסידן.

אזור הפגיעה מורכב משכבה העמידה בפני סדקים המגינה על הצבתות בזמן שהחסילון חובט בטרף שלו. אולם, בשונה מהאזור המחזורי, אזור הפגיעה מורכב ממלח גבישי – זרחת הסידן (אותו מלח הנמצא בעצמות אנושיות) העוטף את סיבי הכיטין האורגניים. החוקרים מצאו כי סיבי מלחים אלו נדחסו במטרה ליצור “מבנה לולייני” שהוא הרבה יותר קשיח מהמבנים המרכיבים את האזור המחזורי. על אף העובדה כי מנגנון ההיווצרות של מבנה זה עדיין לא ברור די צורכו, החוקרים משערים כי ההבדל בלחצים המתקבלים במהלך ההיווצרות של החומר הגבישי באזור הפגיעה הוא הגורם לקבלת המבנה הלולייני. בנוסף לרכיבים אלו, השכבה החיצונית ביותר של אזור הפגיעה גם היא שונה משאר השכבות, והיא מורכבת מציפוי דקיק מסביב לצבתות מה שמאפשר פיזור הלחצים הפוגעים בשכבה החיצונית. “מתוך מחקרים קודמים אנו יודעים כי אזור הפגיעה מאפשר לחסילון להעביר כמות ניכרת של תנע לטרף שלו, תוך עמידות בפני היווצרות שברים, אולם היה מרתק לגלות במסגרת המחקר שלנו כי התכונות של חומר עמיד במיוחד זה בפני לחצים נובע ממבנהו הייחודי”, מסביר החוקר הראשי.

על מנת לאשש את ההשערה שלהם, החוקרים יצרו את מבנה האידרה בעזרת חומרים סינתטיים ומדפסת תלת-מימדית. עוד לפני זאת, הם הצליחו לפתח מודלים ממוחשבים המשכפלים את פרטי הפרטים המדויקים ביותר של מבנה האידרה. מודלים אלו הראו כי לחצים מזיקים עשויים להתפזר באופן אחיד יותר במבנים כאלו, תוך מניעת כשל מבני הרסני. מבדקי דחיסה של החומר הסינתטי שהודפס במדפסת התלת-מימדית הוכיחו גם הם כי מבנה האידרה הופך את אזור הפגיעה ליעיל עוד יותר מהאזור המחזורי מבחינת פיזור הלחצים ומניעת היווצרות סדקים ושברים. המידע שהתקבל ממחקר זה יוכל לסייע בפיתוח העתידי של חומרים חדשניים חשובים עמידי-לחצים במגוון יישומים, כולל בתחומי החלל והתעופה, הרכב והשריון.

הידיעה על המחקר

למחקר המדעי

מבנה האידרה של השכבה החיצונית (אזור הפגיעה) של החסילון [באדיבות UC Riverside]