Tato otázka zaujala zájemce o vytváření nových materiálů, které napodobují biologické materiály. Výsledky byly zveřejněny v časopise Science.
Ostrý zobák chobotnice Humboldtovy je jedním z nejtvrdších a nejtužších známých organických materiálů. Inženýři, biologové a mořští vědci z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře spojili své síly, aby zjistili, jak může měkká želatinová chobotnice pracovat se svým zobákem připomínajícím nůž, aniž by se roztrhala na kusy.
Kalifornská univerzita v Santa Barbaře je mekkou tohoto typu interdisciplinárních studií a přitahuje vědce a inženýry z celého světa, aby se potýkali s otázkami, které přesahují širokou škálu vědeckých a technických oborů.
Klíč k zobáku chobotnice spočívá v odstupňování tuhosti. Špička je extrémně tuhá, ale základna je stokrát poddajnější, což jí umožňuje splynout s okolní tkání. To však funguje pouze tehdy, když je základna zobáku mokrá. Po vyschnutí se základna stává podobně tuhou jako již vyschlá špička zobáku.
Humboldtovy chobotnice neboli Dosidicus gigas jsou široké asi tři metry a dokážou jediným rychlým pohybem zranit rybu. Podle článku … „může zobák chobotnice přetnout nervovou šňůru a paralyzovat tak kořist pro pozdější poklidné stolování.“
„Chobotnice mohou být agresivní, náladové, náhle zlé a jsou vždy hladové,“ řekl Herb Waite, spoluautor a profesor biologie na Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře. „Nechtěli byste se potápět vedle jedné z nich. Tucet z nich by vás mohl sežrat nebo vám opravdu hodně ublížit.“ Tito tvorové jsou velmi rychlí a plavou pomocí tryskového pohonu.
Kromě člověka je hlavním predátorem chobotnic vorvaň a na těchto zvířatech jsou často vidět jizvy po boji, kůže je znetvořená ostrými přísavkami chobotnic. Waite poznamenal, že svalovina olihní je k dostání v místních sendvičích, často nazývaných „sendviče s kalamářím steakem“.
Waite považuje zobák olihní za přesvědčivý a zaujal postdoktoranda a prvního autora Aliho Misereze, aby se ke studii připojil. Miserez působí na katedře materiálů UCSB, na katedře molekulární, buněčné a vývojové biologie (MCDB) a v Ústavu mořských věd.
„Vždycky jsem byl skeptický k tomu, zda mají ‚funkčně tříděné‘ materiály nějakou skutečnou výhodu, ale zobák chobotnice ze mě udělal věřícího,“ řekl spoluautor Frank Zok, profesor a zástupce vedoucího katedry materiálů na UC Santa Barbara.
„Tady máte ‚řezný nástroj‘, který je na špičce extrémně tvrdý a tuhý a je připevněn k materiálu —- svalové hmoty zobáku —-, který má konzistenci želé,“ řekl Zok.
„Můžete si představit problémy, na které byste narazili, kdybyste k bloku želé připevnili čepel nože a pokusili se ji použít k řezání. Čepel by prořízla želé-o přinejmenším stejně jako cílový objekt. V případě zobáku chobotnice se příroda o problém postará tím, že mění složení zobáku postupně, nikoliv náhle, aby jeho špička mohla proniknout kořistí, aniž by přitom chobotnici poškodila. Je to skutečně fascinující konstrukce!“
Zok vysvětlil, že většina inženýrských konstrukcí je vyrobena z kombinací velmi odlišných materiálů, jako je keramika, kovy a plasty. Jejich spojení vyžaduje buď nějaký druh mechanického upevnění, jako je nýt, matice a šroub, nebo lepidlo, například epoxid. Tyto přístupy však mají svá omezení.
„Pokud bychom dokázali reprodukovat gradienty vlastností, které nacházíme v zobáku chobotnice, otevřelo by to nové možnosti spojování materiálů,“ vysvětlil Zok. „Pokud bychom například gradovali lepidlo tak, aby jeho vlastnosti odpovídaly jednomu materiálu na jedné straně a druhému materiálu na druhé straně, mohli bychom potenciálně vytvořit mnohem pevnější spojení,“ řekl. „To by mohlo skutečně revolučně změnit způsob, jakým inženýři přemýšlejí o spojování materiálů.“
Podle Waitea výzkumníkům pomohla skutečnost, že se chobotnice zřejmě stěhují na sever z oblastí, kde se tradičně koncentrují, například z hlubokých vod u pobřeží mexického Acapulca. V poslední době však byly olihně Humboldtovy v hojném počtu nalezeny ve vodách jižní Kalifornie. Na univerzitní pláže byly nedávno vyplaveny desítky mrtvých olihní, což vědcům poskytlo další zobáky ke studiu.
Dva další spoluautoři článku v časopise Science jsou z UCSB. Jsou jimi Todd Schneberk, spojený s výzkumem materiálů a MCDB, a Chengjun Sun, spojený s MCDB a Marine Science Institute.