พันธมิตรด้านชีววิทยาและวัสดุศาสตร์ได้ค้นพบว่าอะตอมของสังกะสีทำให้ฟันมดแข็งได้อย่างไร
BY RAHUL RAO | เผยแพร่ 9 ก.ย. 2564 13:00 น.
สัตว์
ศาสตร์
มดแดงและน้ำตาลบนใบไม้สีเขียว
ปากมดเคลือบด้วยวัสดุพิเศษที่แตกต่างจากเนื้อเยื่อแข็งทั่วไป เช่น เล็บหรือกระดูก Egor Kamelev/Pexels
ฟันของมดเป็นเครื่องมือที่ทรงพลัง แม้ว่าตัวดูดมดจะน้อยกว่าความกว้างของเส้นผมมนุษย์ แต่ก็สามารถตัดได้อย่างน่าทึ่ง ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบเหตุผลแล้ว นั่นคือ ชั้นบางๆ ของอะตอมของโลหะหนัก
ด้วยการใช้เทคนิคและเทคโนโลยี
จากวัสดุศาสตร์กับชิ้นส่วนของชีววิทยา นักวิจัยสามารถแยกแยะฟันของมดได้อย่างแท้จริง ในการทำเช่นนั้น พวกเขาพบอะตอมของสังกะสีที่ทำให้ฟันแข็งและลับคมได้ เหมือนกับฝุ่นเพชรบนใบมีด นักวิจัยได้ตีพิมพ์ผลงานของพวกเขาในวารสาร Scientific Reports เมื่อวันพฤหัสบดี
“เมื่อเราเปิดเผยโครงสร้างระดับนาโนเหล่านี้ ฉันค่อนข้างมั่นใจว่าเราจะค้นพบสิ่งที่เราไม่เคยรู้มาก่อนเกี่ยวกับโลกธรรมชาติ” อรุณ เทวาราช นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจาก Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ในริชแลนด์ รัฐวอชิงตัน กล่าว และหนึ่งในผู้เขียนบทความ
งานของ Devaraj เน้นที่โลหะโดยเฉพาะ ความหลากหลายที่มนุษย์สร้างขึ้น ซึ่งมนุษย์สามารถปรับเปลี่ยนและปรับแต่งได้ ได้รับการออกแบบมาจนถึงขอบชีวิตของพวกเขา แต่ Devaraj มีความสนใจในธรรมชาติและคู่ขนานทางชีววิทยามานานแล้ว: วัสดุที่พัฒนาคุณสมบัติที่น่าประทับใจผ่านวิวัฒนาการที่ช้า
“ฉันสนใจที่จะค้นหาว่าธรรมชาติของวิศวกรเหล่านี้เป็นอย่างไร” Devaraj กล่าว
นั่นคือเหตุผลที่เขาเริ่มร่วมมือกับ Robert Schofield นักชีวฟิสิกส์จาก University of Oregon และผู้เขียนนำของหนังสือพิมพ์ Schofield ศึกษา “เครื่องมือ” ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังมาเป็นเวลานาน เช่น ฟันมด แต่ยังศึกษาสิ่งต่างๆ เช่น เขี้ยวแมงมุม กรงเล็บแมงป่อง และกรามของหนอน เมื่อวัดคุณสมบัติของเครื่องมือเหล่านั้นแล้ว Schofield ก็รู้ดีว่าเครื่องมือเหล่านี้มีความแข็งแรงมากกว่าขนาดที่เล็กนิดเดียว เขาต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสาเหตุ
[ที่เกี่ยวข้อง: มดสามารถช่วยเราเอาชนะการแพร่ระบาดในอนาคตได้]
อย่างน้อยตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์ได้ทราบว่าเครื่องมือดังกล่าวประกอบด้วยวัสดุสองประเภท อย่างแรกประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆ เช่น แคลเซียมและธาตุเหล็ก ซึ่งคุณอาจพบในฟันหรือกระดูกของคุณ แต่ชนิดที่สองมีองค์ประกอบที่น่าแปลกใจมากกว่า เช่น สังกะสีและแมงกานีส ส่วนที่เล่นโลหะหนักนั้นไม่ค่อยเข้าใจถึงแม้จะเป็นเรื่องธรรมดาก็ตาม
ผ่าฟันมดให้เรียวเล็กกว่าอนุภาคฝุ่น
สิ่งที่ไม่ได้รับการศึกษาคือการจัดเรียงอะตอมที่ปลาย นั่นคือสิ่งที่ความเชี่ยวชาญของ Devaraj เข้ามาในภาพ “ในวัสดุศาสตร์ เป็นเรื่องปกติที่เราจะมองว่าโครงสร้างอะตอมกำหนดคุณสมบัติอย่างไร” เขากล่าว
ดังนั้นกลุ่มของ Schofield จึงทำการถอนฟันจากอาณานิคมมดที่มหาวิทยาลัยโอเรกอน และส่งพวกมันไปที่ PNNL หกชั่วโมง ที่นั่น Devaraj และเพื่อนร่วมงานของเขา รวมทั้งนักศึกษาฝึกงานระดับปริญญาเอก Xiaoyue Wang ได้สกัดตัวอย่างที่เล็กกว่า เพียงไม่กี่อะตอม
จากตัวอย่างนั้น Devaraj และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้เทคนิคที่เรียกว่า atom probe tomography พวกเขาวางตัวอย่างไว้ในห้องสุญญากาศ จากนั้นจึงเริ่มระเหยตัวอย่างอย่างแท้จริง ทีละอะตอม พวกมันสามารถระบุได้ว่าอะตอมคืออะไรและมาจากไหนในตัวอย่าง
เป็นเทคนิคที่เดิมมีไว้สำหรับวิเคราะห์วัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่ด้วยการใช้มันกับฟันของมดตัวนี้ นักวิจัยก็สามารถระบุได้ว่าอะตอมใดอยู่ตรงส่วนปลายของฟัน
[ที่เกี่ยวข้อง: ทำไมบางคนถึงได้กลิ่นมด? นี่คือคำตอบของปริศนาล่าสุดของ TikTok]
พวกเขาพบว่าอะตอมของสังกะสีกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วฟัน ทำให้พื้นผิวของฟันแข็งและแหลมคมขึ้น อะตอมของสังกะสีช่วยให้มด เมื่อมันกัด สามารถสร้างความเสียหายให้กับเหมืองของมันได้มากกว่าที่คิดในตอนแรก ในขณะที่ใช้แรงน้อยลงและไม่ทำให้เครื่องมือของมดทื่อ
“วิศวกรของมนุษย์อาจเรียนรู้จากเคล็ดลับทางชีววิทยานี้ด้วย” Schofield กล่าวในแถลงการณ์ “ความแข็งของฟันมด เช่น เพิ่มขึ้นจากความแข็งของพลาสติกเป็นความแข็งของอลูมิเนียมเมื่อเติมสังกะสี แม้ว่าจะมีวัสดุทางวิศวกรรมที่ยากกว่ามาก แต่ก็มักจะเปราะมากกว่า”
เมื่อเราเรียนรู้เพิ่มเติมว่าวัสดุเหล่านี้ทำงานอย่างไรในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น มด เราอาจค้นพบวิธีสร้างวัสดุที่ดีขึ้นในชีวิตจริง นั่นเป็นส่วนหนึ่งของเหตุผล สำหรับ Devaraj, Schofield และเพื่อนร่วมงาน บทความนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้น พวกเขากำลังวางแผนการวิจัยเพิ่มเติมในสาขานี้เป็นเวลาหลายปี ไม่ใช่แค่ในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังเท่านั้น พวกเขาสงสัยว่าอาจพบวัสดุลับคมที่คล้ายกันในฟันของทุกอย่างตั้งแต่จระเข้ไปจนถึงไดโนเสาร์
“อาจมีวัสดุอื่นๆ ที่เรายังไม่ได้ค้นพบ” เทวาราชกล่าว
