Ученые из Венского технического университета обнаружили в челюстях морских многощетинковых червей новый природный материал, сочетающий высокую твердость металла и легкость биологических тканей. Такой «биометалл» в будущем может стать основой для создания прочных и легких конструкционных материалов. Результаты исследования опубликованы в журнале Biophysics Reviews.
Объектом исследования стали морские черви Perinereis cultrifera, способные дробить твердую добычу, включая мелких ракообразных и других червей. Их прочные челюсти известны палеонтологам: ископаемые остатки этих структур сохраняются в породах возрастом сотни миллионов лет.
Команда почти десять лет изучала строение челюстей и пришла к выводу, что они состоят из ранее не описанного материала. Его основу образуют белки, связанные с ионами металлов, в частности цинка. Такое сочетание придает материалу свойства, занимающие промежуточное положение между обычными биологическими тканями и металлами.
Чтобы проверить механические свойства биометалла, ученые провели более 3300 испытаний, создавая микроскопические вмятины на различных участках челюстей. Анализ показал, что материал реагирует на нагрузку так же, как некоторые металлы, например медь и серебро, однако при этом сохраняет упругость, которой обычные металлы не обладают.
На основе полученных данных исследователи разработали математическую модель, объясняющую необычное поведение материала. По их мнению, уникальные свойства возникают благодаря особому расположению ионов металла внутри белковой структуры.
Авторы считают, что открытие может быть полезно при разработке новых сверхпрочных и одновременно легких материалов для машиностроения, авиационной и космической промышленности. Следующим этапом работы станет изучение генов, отвечающих за формирование необычных челюстей, чтобы понять, можно ли воспроизвести подобный материал с помощью биотехнологий.
Ранее медузы и рыбы стали источниками коллагена для тканевой инженерии.