Hvad giver en tre meter lang Amazonas fisk nogle af de hårdeste skæl på Jorden

Arapaima gigas er en stor fisk i en større flod fuld af piranhaer, men det betyder ikke, at det er et nemt måltid. Ferskvandsgiganten har udviklet panserlignende skæl, der kan deformeres, men ikke riv eller knæk, når en piranha – som har et af dyrerigets kraftigste bid – angriber. Forskere fra UC San Diego og UC Berkeley beskriver Amazonas unikke egenskaber Arapaima hud og dets potentiale for menneskeskabte materialer 16. oktober i tidsskriftet Matter.

Arapaima 's tilpasning løser naturligvis et problem, som ingeniører står over for, når de forsøger at udvikle syntetiske rustninger. Arapaima 's vægt har en hård, men alligevel fleksibel, indre lag bundet af kollagen til dets mineraliserede ydre lag af skæl. Tilsvarende skudsikre veste er lavet af flere lag fleksible bånd, der er klemt mellem lag af hård plast. Men menneskeskabte materialer bindes ved hjælp af et tredje klæbemateriale, der henviser til, at fiskens skæl er bundet på et atomistisk niveau; de vokser sammen, vævning i et solidt stykke.

"Et vindue kan se stærkt og solidt ud, men det har ingen give. Hvis noget forsøgte at punktere det, glasset ville gå i stykker, "siger seniorforfatter Robert Ritchie, en materialeforsker ved UC Berkeley. "Når naturen binder et hårdt materiale til et blødt materiale, det vurderer det, forhindre denne rystende effekt. Og i dette tilfælde, bindingsstrukturen er mineraliseret kollagen."

Andre fisk bruger kollagen som Arapaima gør, men kollagenet lægger sig ind Arapaima skæl er tykkere end hos nogen anden fiskeart. Skælene alene er hver især tykke som et riskorn. Medforfattere Yang, Quan, Meyers, og Ritchie antager, at denne tykkelse er hemmeligheden bag fiskenes forsvar.

De testede dette ved at gennembløde revnet Arapaima skæl i vand i 48 timer, Træk derefter langsomt kanterne fra hinanden, mens du tilføjer pres til et centralt punkt. Da de øgede pres, de observerede, at den del af det mineraliserede, hårdt ydre lag udvidet, revnet, derefter gradvist pillet af. Skællene lokaliserede derefter revnen, indeholde det og forhindre skade i at sprede sig i det snoede strukturelle kollagenlag. Hvis trykket bryder igennem til kollagen, det deformerede laget i stedet for at bryde det.

Hvis mennesker kan udvikle en fleksibel hierarkisk struktur, der opfører sig som kollagenlaget i fiskeskælene, Ritchie siger det bedre, potentielt uigennemtrængelige, syntetiske rustninger kan laves. Men han erkender også, at denne virkelighed kan være et antal år tilbage.

Indtil da, Ritchies team vil undersøge hvordan Arapaima 's skæl har tilpasset sig for at forhindre penetration fra piranhabid samt hvordan naturen opfører sig på denne måde i andre arter.