Мидии, уроки природы

[Babyface]

Если вы хоть раз гуляли по морскому берегу, пытаясь оторвать мидии от камней, на которых они находились, вы знаете, насколько цепким может быть захват этих моллюсков - хотя мидию можно оттянуть назад, отцепить ее от камня полностью практически невозможно. Недавно немецкий ученые из Института коллоидных растворов и поверхностей имени Макса Планка выяснили, как эти вкуснейшие моллюски смогли достичь таких высот в биомеханике. Сделанное открытие, возможно, найдет свое место и среди человеческих технологий.


Даже такие примитивные создания, как двустворчатые моллюски, могут многому
нас научить

Двустворчатые моллюски прикрепляются к камням при помощи волокнистого отростка под названием биссус. Отдельные нити его - прочные, но гибкие, благодаря чему они способны противостоять энергии обрушивающихся на берег волн. Создаются эти волокна моллюсками при помощи процесса, весьма похожего на литье под давлением. Поскольку тело моллюсков постоянно повреждается мусором, приносимым с водой, оно покрыто наружной защитной оболочкой. Эта оболочка была описана как «биополимер», она обладает прочностью эпоксидной смолы, но при этом может растягиваться на 100%, не разрываясь. Когда оболочку биссуса рассмотрели под электронным микроскопом, выяснилось, что при большом увеличении она выглядит узловатой. Дело в том, что она содержит множество зернистых включений размером меньше микрона, распределенных в толще вещества. Считается, что когда оболочка растягивается, в ней появляются крошечные (также меньше микрона) разрывы, препятствующие возникновению более серьезных повреждений.


Так выглядит оболочка моллюска, если рассматривать ее под электронным
микроскопом

Было установлено, что в ткани оболочки высока концентрация ионов железа и модифицированной аминокислоты, обычно называемой допа или диоксифенилаланин, которая известна своей способностью связываться с железом, создавая металл-протеиновые комплексы, которые отличаются не только высокой прочностью, но и способностью собираться обратно после того, как они были разрушены. Ученые обнаружили, что в оболочке биссуса вокруг зернистых включений концентрация комплексов допа-железо выше, чем в веществе между включениями. Это означает, что данные включения играют роль жесткой структуры, в то время как пространство между гранулами выполняет «жертвенную» функцию, позволяя связям рваться прежде чем повреждения станут необратимыми.

«Природа разработала элегантное решение проблемы, над которой до сих пор бьются инженеры: как сочетать устойчивость к стиранию с упругостью в одном и том же материале, - говорит Питер Фрацль, руководитель кафедры биоматериалов в Институте имени Макса Планка. - Предположительно, та же самая стратегия может быть использована при разработке полимеров и композитных материалов».