作者:唐一尘 来源: 中国科学报 发布时间:2019-10-17
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亚马逊河鱼“铠甲”从何而来

 

本报讯 栖息于亚马逊流域的巨骨舌鱼体型庞大,但这并不意味着它是一顿简单的大餐。这种淡水“巨鳄”已经进化出了盔甲状的鳞片,并可以变形,当遭受食人鱼(动物界 “撕咬冠军”之一)攻击时,巨骨舌鱼不会撕裂或裂开。

10月16日,美国加州大学圣地亚哥分校和伯克利分校研究人员在《物质》上发表文章,介绍了巨骨舌鱼的独特特性及其作为人造材料的潜力。

巨骨舌鱼的适应性改变有助于解决工程师在开发合成装甲时面临的问题。巨骨舌鱼的鳞片有坚韧且灵活的内层,由胶原蛋白将其与矿化的外层鳞片结合。类似的,防弹背心是由几层弹性织带夹在硬塑料层之间制成的。但是人造材料是用第三种黏合材料黏合起来的,而鱼鳞的结合是原子水平的:它们一起生长,形成了一个整体。

“一扇窗户可能看起来坚固,但它没有弹性。如果有人试图刺穿它,玻璃就会碎。”论文通讯作者、加州大学伯克利分校材料科学家Robert Ritchie说,“当大自然将一种坚硬的物质与一种柔软物质结合在一起时,它会对其进行分级,从而防止破坏性影响。在这种情况下,结合结构是矿化的胶原蛋白。”

其他鱼类也像巨骨舌鱼一样使用胶原蛋白,但巨骨舌鱼鳞片上的胶原蛋白层比其他任何鱼类都要厚。研究人员猜测这种厚度是鱼类防御的秘密。

研究人员将龟裂的巨骨舌鱼鳞片浸泡在水里48小时,然后慢慢将鳞片的边缘分开,同时向中心点施加压力。当压力增加时,他们观察到矿化的坚硬外层膨胀、开裂,然后逐渐剥落,而鳞片能将裂缝定位,控制并防止损伤在扭转结构的胶原层扩散。如果压力穿透了胶原蛋白,它会使胶原层变形而不是断裂。

Ritchie表示,如果人类能发展出一种灵活结构,像鱼鳞中的胶原蛋白层一样,那么就能制造出更好的、可能不渗透的人造盔甲。但他也承认,这可能需要数年才能实现。

(唐一尘)

相关论文信息:

http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2019.09.014

《中国科学报》 (2019-10-17 第2版 国际)
 
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