O echipă de cercetători de la Florida Atlantic University, în colaborare cu German Electron Synchrotron (DESY) din Germania și NOAA Fisheries, a analizat în detaliu scheletul rechinilor de recif (Carcharhinus limbatus), descoperind o arhitectură microscopică remarcabilă a cartilajului mineralizat care explică durabilitatea acestor prădători marini cu o istorie evolutivă de peste 450 de milioane de ani, conform InterestingEngineering.
Urmărește cele mai noi producții video TechRider.ro
- articolul continuă mai jos -
Spre deosebire de alte vertebrate, rechinii nu au oase, ci un schelet alcătuit din cartilaj mineralizat. Acesta este un material compus care combină flexibilitatea colagenului cu duritatea bioapatitei – același mineral regăsit și în oasele umane.
Studiul a evidențiat două regiuni distincte în cartilajul rechinului: corpus calcareum și intermediale, ambele având structuri interne diferite, dar construite din aceleași componente de bază.
Folosind tehnici avansate precum tomografia nanometrică cu raze X și testarea mecanică in-site, cercetătorii au reușit să vizualizeze în 3D aceste zone ale scheletului, evidențiind o arhitectură complexă formată din plăci mineralizate poroase și straturi de colagen dispuse în spirală. Structura este susținută de așa-numite „grinzi groase”, care ajută la distribuirea uniformă a forțelor mecanice exercitate asupra corpului rechinului în timpul mișcării.
„Descoperim cum structuri minerale minuscule și fibre de colagen se combină pentru a crea un material puternic și flexibil, perfect adaptat pentru înotul rechinilor. Aceste informații ne pot ghida în proiectarea de materiale mai bune, inspirate din natură”, a declarat Marianne Porter, coautoare a studiului și profesor asociat la FAU.
Pe măsură ce cercetarea a avansat la nivel nanometric, oamenii de știință au observat cristale de bioapatită în formă de ace, perfect aliniate cu fibrele de colagen. Această organizare precisă asigură o combinație rară între rezistență mecanică și elasticitate. De asemenea, au fost identificate structuri elicoidale din colagen, care acționează ca un mecanism natural de prevenire a propagării fisurilor.
„Natura construiește materiale remarcabil de rezistente combinând minerale cu polimeri biologici, precum colagenul – un proces numit biomineralizare”, a explicat Vivian Merk, autoarea principală a studiului. „Scheletul mineralizat al rechinilor funcționează ca un arc: se îndoaie și stochează energie în timpul mișcării. Înțelegerea acestui proces ne poate ajuta să creăm materiale de nouă generație, mai dure și mai adaptabile.”
Testele mecanice au arătat că vertebrele rechinilor suferă doar deformări minore după primul ciclu de stres aplicat. Fisurile apar abia după o a doua încărcare, și rămân limitate într-un singur plan mineralizat, ceea ce indică o capacitate deosebită a materialului de a preveni cedările structurale extinse.
Rezultatele acestui studiu contribuie la domeniul biomimeticii, oferind un exemplu concret în care natura inspiră ingineria modernă. „Sharkitectura” dezvăluită în cartilajul rechinilor ar putea sta la baza dezvoltării unor materiale mai rezistente, mai flexibile și mai eficiente pentru utilizări industriale sau biomedicale.
