راز استحکام سخت‌ترین شمشیر طبیعت چیست؟

راز استحکام سخت‌ترین شمشیر طبیعت چیست؟
دانشمندان دریافتند که ویژگی‌های بازسازی غیرمعمول در نیزه شمشیرماهی باعث شده این سلاح در هرلحظه آماده شکافتن هر چیزی باشد که سر راهش قرار بگیرد.شمشیرماهی از روشی غیرمعمول برای بازسازی و قوی و سخت نگه‌داشتن استخوان‌هایش استفاده می‌کند.

ماهی‌های پوزه‌دار هم‌چون نیزه‌ماهی و شمشیرماهی عمده شهرت خود را مدیون برآمدگی بالای استخوان آرواره (که استخوان شاخک‌دار نیز نامیده می‌شود) هستند، زیرا این‌ شکارچیان دریازی با استفاده از این سلاح قربانی خود را گیج کرده و آن را شکار می‌کنند.

 

برای اینکه این استخوان قوی بماند، نه‌تنها باید بتواند در برابر نیروی بسیار زیاد مقاومت کند، بلکه حتی در شرایط آسیب‌دیدگی هم باید بتواند خود را تعمیر کند. در پستانداران این عملکرد نیازمند دو نوع سلول‌های استخوانی است: یکی برای درهم شکستن و جذب استخوان آسیب‌دیده و دیگری برای افزودن سلول‌های سالم و جدید به جای آن. این فرایند که تعمیر نامیده می‌شود، نشانه‌هایی را در استخوان به‌جا می‌گذارد که زیست‌شناسان می‌توانند آن را شناسایی کنند.

اما شمشیرماهی هیچ‌کدام از این دو نوع سلول را در استخوان‌هایش ندارد؛ و آن‌چه رون شاهار، زیست‌شناس دانشگاه یهودی اورشلیم را متعجب کرده، این است که اگر شمشیرماهی نمی‌تواند شمشیرش را بازسازی کند، این شمشیر چطور می‌تواند قدرتمند بماند و به ماهی برای شکار غذای روزانه‌اش کمک کند؟

لب سنگی
شاهار برای بررسی استخوان ماهیان پوزه‌دار نیاز به نمونه داشت و از آن‌جاکه بسیاری از گونه‌های ماهیان پوزه‌دار محافظت‌شده هستند، جمع‌آوری نمونه کار آسانی نیست. اما او توانست همکار مناسبی برای رفع این مشکل پیدا کند؛ ماریا لورا هوبرگ، دانشجوی دکترای دانشگاه فلوریدای جنوبی که به‌طور مداوم در مسابقات ماهیگیری حضور می‌یافت تا از هر مورد مناسبی برای تحقیق استفاده کند. شاهار او را به همکاری در تحقیق خود متقاعد کرد، از همین رو او زحمت سفر از امریکا به اسپانیا و ازآنجا به سواحل شرقی مدیترانه را به خود هموار کرد، آن‌هم درحالی‌که در کل سفر چمدانی پر از استخوان‌های ماهی‌های پوزه‌دار را در برخی از امنیتی‌ترین فرودگاه‌های دنیا به دوش کشید!

به‌محض اینکه شاهار اولین نمونه استخوان پوزه این نوع ماهی‌ها را زیر میکروسکوپ قرار داد، چیزهای عجیب‌وغریبی را مشاهده کرد. این استخوان‌ها نشانه‌های مشخصی از بازسازی دوباره را نشان می‌داد. او چندین نمونه دیگر را بررسی کرد و همه آن‌ها همان پدیده را نشان دادند. شاهار برای اطمینان، چندین نوع میکروسکوپ را برای بررسی این استخوان به کار برد و همه یافته‌ها، بازسازی را نشان دادند، اما نکته اینجا بود که این پوزه‌ماهی انواع معمول سلول‌های بازسازی‌کننده استخوان را ندارند.

ولی نشانه‌های آشکار باقی‌مانده از فرایند تعمیر در ماهی پوزه‌دار، یک‌دهم اندازه آن‌هایی بود که عموماً در استخوان پستانداران دیده می‌شود. شاهار می‌خواست ببیند که آیا این تفاوت روی قدرت استخوان هم اثر می‌گذارد یا خیر. استخوان پوزه این نوع ماهی‌ها بسیار سفت و ازنظر سختی با قدرت استخوان‌های اسب قابل‌مقایسه است و برای شکستن آن به نیروی قابل‌توجهی نیاز است.

روگر بویلون استاد بازنشسته درون‌ریزشناسی دانشگاه لوون بلژیک که در مورد بازسازی استخوان‌ها تحقیق کرده، می‌گوید: «این پژوهش جدید بسیار بدیع است. به‌رغم این‌که شاهار شواهد اتفاقی از بازسازی استخوان را یافته است، اما پژوهشگران در عمل نتوانسته‌اند این فرایند را مستندسازی کنند. این کشف شبیه به عکس فوری از چهارنعل دویدن یک اسب است. در این عکس شما صرفاً استنباط می‌کنید که حیوان در حال حرکت است».
منبع : khabaronline.ir

ویدیو مرتبط :
راز استحکام بالای نمایشگر موتورولا دروید توربوی 2

---

خواندن این مطلب را به شما پیشنهاد میکنیم :

راز استحکام استخوان‌های بدن کشف شد

راز استحکام استخوان‌های بدن کشف شد
پژوهشگران ام.آی.تی با شبیه‌سازی رایانه‌ای ساختار مولکولی استخوان‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که فیبرهای استخوانی، زوج عجیب و غریبی از پروتئین چسبناک کلاژن و مواد معدنی بلوری است.
همانند بهترین سیاستمداران، استخوان‌ها از یک سو محکم و از سوی دیگر اندکی انعطاف‌پذیرند.

دلیل این امر آن است که استخوان‌ها از ماده‌ای نرم و ژل‌مانند (کلاژن)، همراه با ماده‌ای مقاوم و خشک (هیدروکسید کلسیم معدنی) ساخته شده‌اند.

اکنون، گروهی از مهندسان می‌گویند موفق شده‌اند تا جزئیات این تعادل را کشف کنند، و نشان دهند که ساختار مولکولی فیبرهای استخوانی چگونه به آنها کمک می‌کند تا از بهترین مزایای هر کدام از این ترکیبات استفاده نمایند.
فیبرهای کلاژن که توسط بلورهای هیدروکسید کلسیم تقویت می‌شوند، واحدهای اصلی سازنده استخوان هستند. آنها در گونه‌های مختلف جانوری یافت می‌شوند، و اثر خود در استخوان‌های اسکلت، دندان‌ها و شاخ‌های جانوران نشان می‌دهند.
با استفاده از یک ابررایانه، مهندسان ام.آی.تی (انستیتو فناوری ماساچوست) حساب کردند که این فیبرها در مقیاس اتمی شبیه چه چیزی هستند. آنها فیبرهای خود را با داده‌های مطالعات قبلی استخوان‌های واقعی مقایسه کردند، تا بررسی کنند که مدل رایانه‌ای آنها تا چه اندازه دقیق است.

سپس به ازای ترکیب سطوح مختلف کلاژن در مقابل هیدروکسید کلسیم آزمایشاتی را بر روی فیبرهای مجازی خود اجرا کردند، تا نحوه واکنش آنها را در مقابل فشار و کشش بررسی کنند.

بر اساس کشفیات آنان، هیدروکسید کلسیم در فیبرهای استخوانی احتمالا پلاکت‌های ریزی را شکل می‌دهد که تنها چند نانومتر ضخامت دارد. اگرچه قطعات بزرگ هیدروکسید کلسیم همانند گچ ترد و شکننده هستند، اما در چنین ابعاد کوچکی این مواد معدنی در واقع نرم و شکل‌پذیرند.

این محققان همچنین کشف کردند که در تست‌های تنش، بخش معدنی فیبرها چهار برابر پروتئین‌های کلاژن فشار را تحمل می‌کند؛ در حالی‌که خمش تقریبا فقط در کلاژن رخ می‌دهد.
سرپرست گروه تحقیقاتی، مارک بوهلر می‌گوید که انجام چنین آزمایشات رایانه‌ای حتی چند سال قبل نیز غیرممکن بود؛ و مدل‌سازی ساختار مولکولی فیبرهای استخوانی بر روی یک ابررایانه سال‌ها زمان می‌برد. اما با استفاده از ابررایانه‌های جدید، محاسبات مربوط به این تحقیق تنها چند ماه طول کشید.
اکنون بوهر امیدوار است که بتواند برای پروژه‌های مهندسی مختلف، فیبرهای استخوانی را در آزمایشگاه بازتولید کند. نتایج کار ابررایانه‌ای آنها در شماره اخیر مجله Nature Communicationsمنتشر شده است.

منبع:khabaronline.ir