Ørkengræshoppers kæber skærper sig, opdager materialeforsker

Wegst, som har specialiseret sig i materialevidenskab, identificerede en udtalt "zinkkant"-beklædning langs mandiblerne ved brug af en synkrotron - en slags partikelaccelerator - der brugte "monokromatisk energirøntgenstråler."

Fordelen ved synkrotronlys ligger i dets intensitet:"Vi kan reducere spektret til en meget snæver energi. Faktisk kan vi gøre det monokromatisk," siger Wegst, "så jeg kan stadig have nok energi til at afbilde, men jeg kan også præcis placere denne energi."

Materialer absorberer røntgenstråler differentielt, og takket være snæverheden af ​​synkrotronens stråle kunne forskerne anvende en proces med subtraktiv billeddannelse for at "måle mængden af ​​zink på den ene side," siger Wegs, og "lettere se, hvordan det er fordelt. i tre dimensioner."

Ved at bygge en tredimensionel model af græshoppernes kæber kunne Wegst så identificere, hvordan de hårdere forkanter af græshoppernes mandibler skærer det blødere kitin omkring dem væk, når de blev brugt, og dermed bevarede en skarpere kant.

"Det, jeg prøver at opnå her i min skærkant, er en høj hårdhed", der kan modstå stærkt slibende, træagtige materiale, siger Wegst. At "sørge for, at skærene forbliver skarpe så længe som muligt," fortsætter hun, kan "opnås ved at få den ene af disse kanter til at gnide mod den anden. Så hver gang den skærer noget, skærper den sig også."

Men slitage er uundgåeligt, på trods af denne "meget smarte mekanisme", som Wegst kalder det. Til sidst vil kanten slides ned – men, bemærker Wegst, græshoppen afgiver regelmæssigt sit eksoskelet og vokser igen sit kitinholdige ydre skal og de hårde, zinkberigede munddele.

Forestil dig at bruge en sløv kniv i stedet for en skarp, siger Wegst. "Det koster mere energi at skære, så for et dyr, der skal spise og bevare energi, er en effektiv skæremekanisme faktisk en strategi for at overleve. Hvis jeg har stumpe skæreværktøjer — og jeg får min nye kniv om seks uger — Jeg sulter måske ind imellem."

"Dyret, der har den selvslibende mekanisme, har en fordel," fortsætter hun, "men det er også dyrt" for græshoppen at indtage så meget zink, som den har brug for, og distribuere det gennem de rigtige områder af exoskeletet. "Det er en balance, som organismen ser ud til at finde," opretholder en effektiv distribution "kun i de områder, hvor [zinken] er mest nødvendig."

Hvordan zinken når underkæbene, og hvordan græshopperne spiser nok af det, er stadig åbne spørgsmål for yderligere forskning.

Selvom de måske er derude, siger Wegst, at "vi ikke har set en anden art endnu ... hvor vi har et lignende arrangement af skærende kanter i forhold til hinanden."

Men Wegst forudser også biomimetiske designideer, der kommer ud af denne forskning. Men det betyder ikke, at man designer én-til-én-kopier. Snarere indebærer "biomimetik," siger hun, "at forstå funktionsprincipperne."

Det enkle princip med at placere "ressourcer i specifikke områder for at gøre noget skadetolerant, modstandsdygtigt og bare længe levet," siger Wegst, "så længe min struktur skal overleve," giver meget at lære af.

Flere oplysninger: Ulrike G. K. Wegst et al., Ørkengræshopper (Schistocerca gregaria) fodrer med selvskærpende, sakselignende mandibler, Interface Focus (2024). DOI:10.1098/rsfs.2023.0069

Leveret af Northeastern University

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Northeastern Global News news.northeastern.edu.