Согласно новому исследованию, в зубах криптохитона Стеллера, представителя класса панцирных моллюсков, обнаружен азовскит (сантабарбараит) — минерал железа, который ранее никогда не встречался в живых организмах.
Панцирные моллюски, или хитоны, имеют овальное уплощенное тело, покрытое со спины твердыми пластинами. Они обитают в морях от полярных широт до тропиков и питаются, соскребая обрастания с камней при помощи радулы, или терки — органа в ротовой полости, покрытого мелкими зубчиками. Эти зубы — один из самых твердых материалов, известных в природе. Криптохитон Стеллера (Cryptochiton stelleri), живущий в северной части Тихого океана, — самый крупный представитель панцирных моллюсков. Его длина может достигать 36 сантиметров, а вес — двух килограммов.
Криптохитон Стеллера. Фото: Jerry Kirkhart
Минерал азовскит представляет собой желтовато-коричневый аморфный фосфат железа с формулой Fe33+(PO4)2(OH)3·5H2O. Он встречается в месторождениях бурого железняка на Таманском полуострове. Распространенное в англоязычной литературе название сантабарбараит дано по району Санта-Барбара в Тоскане, а также отражает тот факт, что святая Варвара считается покровительницей шахтеров. Минерал также был найден в австралийском штате Виктория и в озере Байкал.
«Механические структуры хороши ровно настолько, насколько хорошо их самое слабое звено, поэтому нам было интересно узнать, как хитон решает инженерную проблему соединения своих сверхтвердых зубов с мягкой базовой структурой, — говорит старший автор исследования Дерк Джостер (Derk Joester) из Инженерной школы Маккормика Северо-Западного университета. — Это остается серьезной проблемой в современном производстве, поэтому мы обращаем внимание на такие организмы, как хитон, чтобы понять, как это происходит в природе».
Дерк Джестер и его коллеги обнаружили азовскит рассредоточенным по стилусу — длинной полой структуре, которая соединяет головку зуба с гибкой оболочкой радулы. «Стилус похож на корень человеческого зуба, который соединяет коронку зуба с нашей челюстью, — объясняет Джестер. — Это прочный материал, состоящий из чрезвычайно маленьких наночастиц в волокнистой матрице, состоящей из биомакромолекул, похожих на кости в нашем теле».
Исследователи попытались воссоздать этот материал в чернилах, предназначенных для 3D-печати. Они разработали чернила, содержащие ионы железа и фосфата, смешанные с биополимером, полученным из хитина. «По мере того как в биополимере образуются наночастицы, он становится более прочным и вязким. Затем эту смесь можно легко использовать для печати, — рассказывает Джестер. — Последующая сушка на воздухе приводит к получению твердого и жесткого конечного материала. Мы можем учиться и разрабатывать материалы, вдохновленные стилусом хитона, который соединяет сверхтвердые зубы с мягкой радулой».
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.