Loài giun cổ đại sở hữu bộ răng kim loại sinh học độc nhất vô nhị

Giống như các loài giun lông ăn thịt khác, giun biển cổ đại Perinereis cultrifera (vẫn còn tồn tại đến ngày nay) có hàm được cấu tạo từ protein cấu trúc và ion. Chúng sử dụng bộ phận miệng cứng chắc này để cắn, nghiền nát và tiêu thụ thức ăn.

Cấu tạo và hoạt động bất thường của những chiếc hàm này đã khiến các nhà nghiên cứu mô tả chúng bằng một thuật ngữ mới: kim loại sinh học.

Perinereis cultrifera - loài giu biển lông cứng cổ đại hiện vãn còn tồn tại.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Biophysics Reviews của AIP Publishing, các nhà khoa học từ Đại học Kỹ thuật Vienna (TU Wien) và Đại học Vienna đã điều tra hành vi giống kim loại của hàm giun biển. Mục tiêu của họ là giúp làm rõ điều gì phân biệt kim loại sinh học với các vật liệu tự nhiên khác.

Mặt cắt ngang của mẫu hàm giun lông cứng với các vị trí thử nghiệm độ cứng được đánh dấu. Nguồn: Zelaya-Lainez et al.

Nhóm nghiên cứu đầu tiên đo độ cứng của hàm bằng phương pháp đo độ cứng nano, một kỹ thuật ấn vào vật liệu ở quy mô hiển vi. Họ kết hợp các thử nghiệm này với phân tích hóa học và chụp ảnh chi tiết.

Kết quả nghiên cứu của họ ủng hộ các nghiên cứu trước đó cho thấy các ion kim loại tập trung nhiều hơn ở đầu hàm so với vùng trung tâm. Nồng độ cao hơn này có thể giúp cho đầu hàm cứng hơn và phù hợp hơn cho việc cắn và nghiền.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các hàm kẹp bằng cách sử dụng nhiều độ sâu vết lõm khác nhau. Họ phát hiện ra một hiệu ứng bất ngờ, cũng được thấy ở các kim loại như đồng và bạc.

Bộ hàm siêu cứng của loài này mở ra khái niệm "kim loại sinh học"

Hiện tượng này, được gọi là hiệu ứng kích thước đo độ cứng nano Nix-Gao, có nghĩa là các vùng nhỏ hơn của vật liệu sẽ khó bị lõm hơn. Trong hàm của loài sâu, những thay đổi đột ngột về biến dạng trên các vùng nhỏ dường như làm tăng sự liên kết của các khuyết tật trong cấu trúc nguyên tử, tạo ra hiệu ứng kích thước đặc trưng.

Mặc dù các loại hàm kẹp này có một số đặc điểm chung với các kim loại quen thuộc, nhưng chúng cũng có những đặc tính cơ học riêng biệt.

"Hàm của giun lông cứng cũng thể hiện tính đàn hồi phụ thuộc vào kích thước. Đây là một đặc điểm nổi bật của kim loại sinh học so với các kim loại tinh thể thông thường như đồng hoặc bạc," tác giả Christian Hellmich cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô hình toán học để giải thích cách các hiệu ứng đàn hồi bất thường này có thể phát sinh ở cấp độ nguyên tử. Tuy nhiên, theo Hellmich, các nhà nghiên cứu mới chỉ bắt đầu hiểu về những vật liệu tự nhiên này.

Cận cảnh vẻ đẹp của loài giun lông cứng sở hữu bộ nanh cứng hơn thép.