關(guān)于石鱉,之前貝殼紅也為大家推送過文章科普。資料中顯示石鱉屬于多板綱中原始類型的貝類,為什么這么說呢?因?yàn)閾?jù)記載,石鱉在4億年前就在海洋中生存了。
大多數(shù)石鱉貌不驚人,但它們卻是科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)——因?yàn)樗鼈兊凝X舌極其堅(jiān)硬。
石鱉以附著在礁石上的藻類為食,它們能利用齒舌刮食藻類。因此它們的齒舌極其堅(jiān)硬,可能已知由有機(jī)體合成的堅(jiān)硬的材料了,仿佛金剛狼艾德曼的合金骨骼一般。
金剛狼(圖片來源:?jiǎn)袅▎袅ǎ?
美國(guó)伊利諾伊州埃文斯頓西北大學(xué)的生物工程師萊爾·戈登研究石鱉的齒舌抱有極大的熱情,他希望找到石鱉形成如此堅(jiān)硬的齒舌的原因。
為此,以戈登為首的研究小組對(duì)石鱉進(jìn)行了多年研究,在這過程中甚至還動(dòng)用了電子和醫(yī)學(xué)設(shè)備里的氧化鐵進(jìn)行實(shí)驗(yàn),期望能人工合成超級(jí)堅(jiān)硬的材料。利用像磁鐵礦(主要成分為氧化鐵)這樣的物質(zhì),要求超高溫和高壓環(huán)境以及強(qiáng)酸或者基準(zhǔn)條件。
磁鐵礦
“然而,這些幾百萬年歷史的動(dòng)物能夠在良性的海洋環(huán)境里,利用它們吞食的藻類里的鐵產(chǎn)生氧化鐵,這是個(gè)非常了不起的過程?!备甑钦f道。
戈登和他的同事們嘗試?yán)迷犹綔y(cè)器來探尋石鱉齒舌的奧秘,這種利用探測(cè)器從特定物質(zhì)中抽取帶電原子以確定原子位置與名稱的方法一般被用于金屬研究,但戈登猜測(cè)將探測(cè)器用于生物材料的研究可能并沒有太大的差異。
利用原子探測(cè)器,戈登和他的研究小組實(shí)現(xiàn)了前所未有的、納米級(jí)別的一瞥軟體動(dòng)物牙齒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
他們發(fā)現(xiàn)石鱉的齒舌內(nèi)部有蛋白質(zhì)和糖類,石鱉會(huì)利用它們以及所食藻類所含的鐵產(chǎn)生氧化鐵,這是非常了不起的。石鱉這種小生物的智慧,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎人類的想象。
軟體動(dòng)物的舌頭上方有上百顆牙齒,老的位于頂端,年輕的牙齒則在遠(yuǎn)處,時(shí)時(shí)刻刻都會(huì)向前推動(dòng)一點(diǎn),就像一個(gè)傳送帶。戈登的原子探測(cè)器方法非常強(qiáng)大,美國(guó)哈佛大學(xué)的生物工程師大衛(wèi)·貝爾(David Bell)這樣說道,因?yàn)樗茏粉櫻例X形成的完整序時(shí)記錄?!袄迷犹綔y(cè)器X線斷層攝影術(shù)來分析牙齒——這是前所未見的方法,其中的啟示意義深遠(yuǎn)?!?
膠靴石鱉的牙齒
盡管磁鐵礦的制造成本相對(duì)低廉,但想要澆注出諸如石鱉齒舌一樣堅(jiān)硬而又精密的材料仍然非常遙遠(yuǎn)。不過,研究小組堅(jiān)信在未來一定可以從對(duì)石鱉齒舌的研究中發(fā)現(xiàn)制作堅(jiān)硬、精密的材料的低成本工藝。
人們從石鱉身上得到的啟發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院的科研人員就希望通過對(duì)加州海岸石鱉齒舌的研究,制造出低成本、納米材料,如果成功,那么這將對(duì)改進(jìn)太陽能電池和鋰電池具有非凡的意義。
太陽能電池
鋰離子電池
伯恩斯工程學(xué)院的副教授大衛(wèi)·凱瑟魯斯公布了他的研究成果,揭示了石鱉齒舌的演變過程,主要包括三個(gè)階段。第一階段:水合氧化鐵晶狀物在一種纖維狀的殼質(zhì)有機(jī)模板上成核。第二階段:這些晶狀物通過一種“固相轉(zhuǎn)變”轉(zhuǎn)化成一種磁性氧化鐵。第三階段:磁性氧化鐵顆粒在有機(jī)纖維物上生長(zhǎng),并產(chǎn)生兩道平行的“棒體”,進(jìn)而形成齒舌。
石鱉的牙齒
凱瑟魯斯在實(shí)驗(yàn)室中制造納米材料時(shí),便運(yùn)用了與石鱉齒舌生長(zhǎng)方式極為相近的方法,他表示,通過控制納米材料的晶體大小、外形及方向,就能夠制造出使太陽能電池和鋰離子電池更有效率的材料。換句話說,這種材料能更大比例地吸收陽光將其轉(zhuǎn)化為電能,而對(duì)鋰離子電池來說,這意味著需要更少的充電時(shí)間。
鋰離子電池充電、放電過程
沒想到小小的石鱉,竟然能為人類科技做出如此大的貢獻(xiàn)!
(文章圖文資料來源:張素萍主編·《神奇的海貝·海貝傳奇》、360doc、視覺中國(guó)、匯圖網(wǎng)等)
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