На скелях та камінні припливно-відпливної зони морів Західної Європи мешкають одні з найдавніших (існують з раннього Кембрію) черевоногих молюсків планети. Сила їх кріплення до субстрату настільки висока, що коли молюски пересуваються в інше місце, то після них на камінні залишається колоподібне заглиблення! Площа їхнього язика більша за поверхню тіла й містить 1920 зубів: 12 рядів по 160 зубів у кожному. Харчуються молюски водоростями, що ростуть на камінні, у прямому сенсі згризаючи їх, ‒ на скелях залишаються подряпини. Саме завдяки своїм зубам, вірніше дослідженням матеріалу, з якого вони створені, у 2015 році весь світ заговорив про Морське блюдечко Patella vulgata.
Не те, щоб воно було невідомим раніше. Більш того, під час Великого голоду 1845-1850 років у Ірландії воно врятувало чимало життів. Селяни збирали блюдце, варили або смажили й вживали в їжу. «Мідії – їжа королів, а блюдечка – їжа селян», – говорили ірландці.
То що ж такого особливого у тих молюскових зубах?! Виявляється, що команда вчених на чолі з професором машинобудування з Саутгемптонського університету Аса Барбером, дослідивши їх, відкрила новий найміцніший біологічний матеріал на планеті, що є жорсткішим за кевлар й міцнішим за павутину! Вони випробували мікроскопічні шматочки зубів. Довжина кожного зігнутого зуба становить близько 1 міліметра, але дослідники хотіли вивчити механічні властивості не викривленого матеріалу, тому виготовили зразки, що в 100 разів тонші за людську волосину. З’ясувалося, що матеріал зубів здатний витримувати тиск від 3 до 6,5 ГПа (це приблизно дорівнює тиску, що перетворює вуглець на алмази у земній корі), в той час як павутина витримує всього 1,3-4 ГПа. Для порівняння: стебло бамбука здатне витримати тиск в 1 ГПа, а кістки і зуби людини – всього 0,5-0,7 ГПа.
У статті видання Journal of the Royal Society Interface вчені висловлюють припущення, що секрет міцності полягає у тому, що зуби Patella vulgata є природним композитним матеріалом, в якому найтонші нитки залізовмісного мінералу гетиту занурені в міцний і пружний білковий матрикс. Гетит сам по собі не найміцніший матеріал – він би легко зламався о скелі при ударі. Однак еластичні волокна хітинової матриці в поєднанні з гетитом надають матеріалу міцності і жорсткості. Волокна зубів блюдечок здатні витримати величезне навантаження: якщо б на одну паличку спагетті з цього матеріалу навісили мішки з цукром загальною вагою 1500 кілограмів, то вона б при цьому не зламалася.
Тобто вся справа в тонкості мінеральних волокон, які позбавлені дірок, тріщин і тому подібних дефектів, що послаблюють структуру і є у тисячі разів тонші, ніж штучні нановолокна, що використовуються при виготовленні куленепробивних жилетів, літаків та велосипедних рам.
Аса Барбер висловив сподівання, що його команда зрештою віднайде лабораторний спосіб виготовлення нового матеріалу, який знайде широке застосування у різних галузях.
Уявляєте штучні зуби з такого матеріалу?! Хотіли б собі такі?
