Kysymys on kiehtonut niitä, jotka ovat kiinnostuneita uusien biologisia materiaaleja jäljittelevien materiaalien luomisesta. Tulokset julkaistaan Science-lehdessä.
Humboldt-kalmarin terävä nokka on yksi kovimmista ja jäykimmistä tunnetuista orgaanisista materiaaleista. Kalifornian yliopistossa Santa Barbarassa työskentelevät insinöörit, biologit ja meritieteilijät ovat yhdistäneet voimansa selvittääkseen, miten pehmeä, hyytelömäinen kalmari pystyy käyttämään veitsenterävää nokkaansa repimättä itseään palasiksi.
UC Santa Barbara on tämäntyyppisen monitieteisen tutkimuksen mekka, ja se vetää puoleensa tiedemiehiä ja insinöörejä kaikkialta maailmasta, jotta he pääsevät pohtimaan kysymyksiä, jotka ylittävät monenlaiset tieteen- ja insinööritieteiden tieteenalojen rajat.
Kalmareiden nokan avaimena ovat jäykkyyksien portaat. Kärki on äärimmäisen jäykkä, mutta tyvi on sata kertaa joustavampi, minkä ansiosta se sulautuu ympäröivään kudokseen. Tämä toimii kuitenkin vain, kun nokan pohja on märkä. Kuivuttuaan nokan tyvestä tulee yhtä jäykkä kuin jo kuivuneesta nokan kärjestä.
Humboldtinokkoset eli Dosidicus gigas -nokkoset ovat noin metrin levyisiä, ja ne voivat vahingoittaa kalaa yhdellä nopealla liikkeellä. Artikkelin mukaan … ”kalmarin nokka voi katkaista hermorangan halvaannuttaakseen saaliin myöhempää leppoisaa ruokailua varten.”
”Kalmarit voivat olla aggressiivisia, oikukkaita, yhtäkkiä ilkeitä, ja ne ovat aina nälkäisiä”, sanoi Herb Waite, toinen kirjoittaja ja UC Santa Barbaran biologian professori. ”Et haluaisi sukeltaa sellaisen vieressä. Kymmenkunta niistä voisi syödä sinut tai satuttaa sinua todella paljon.” Olennot ovat hyvin nopeita ja uivat suihkukoneella.
Kalmarin tärkein saalistaja ihmisen ohella on siitinvalas, ja näillä eläimillä näkyy usein taistelun arpia, kalmarin terävien imukärjen turmelemaa ihoa. Waite huomautti, että kalmarin lihasta on saatavilla paikallisesti valmistettuja voileipiä, joita kutsutaan usein ”kalmaripihvivoileiviksi.”
Waite pitää kalmarin nokkaa kiehtovana, ja hän kiinnosti väitöskirjan jälkeistä tutkijaa ja ensimmäistä kirjoittajaa Ali Miserezia osallistumaan tutkimukseen. Miserez kuuluu UCSB:n materiaalien laitokseen, molekyyli-, solu- ja kehitysbiologian laitokseen (MCDB) ja meritieteen instituuttiin.
”Olin aina ollut epäileväinen sen suhteen, onko ”funktionaalisesti lajitelluista” materiaaleista mitään todellista etua, mutta kalmarin nokka teki minusta uskovaisen”, sanoo toinen kirjoittaja Frank Zok, UC Santa Barbaran materiaalien laitoksen professori ja apulaisjohtaja.
”Tässä on ’leikkaustyökalu’, joka on kärjestään äärimmäisen kova ja jäykkä ja joka on kiinnitetty materiaaliin —- lihaksikas buccal-massa —-, joka on koostumukseltaan hyytelöä”, Zok sanoi.
”Voit kuvitella, millaisiin ongelmiin törmäisit, jos kiinnittäisit veitsen terän hyytelölohkoon ja yrittäisit käyttää sitä terää leikkaamiseen. Terä leikkaisi hyytelöä vähintään yhtä paljon kuin kohteena olevaa esinettä. Kalmarin nokan tapauksessa luonto huolehtii ongelmasta muuttamalla nokan koostumusta pikemminkin asteittain kuin äkillisesti, jotta sen kärki voi lävistää saaliin vahingoittamatta samalla kalmaria. Se on todella kiehtova rakenne!”
Zok selitti, että useimmat tekniset rakenteet on tehty hyvin erilaisten materiaalien, kuten keramiikan, metallien ja muovien yhdistelmistä. Niiden liittäminen toisiinsa vaatii joko jonkinlaisen mekaanisen kiinnityksen, kuten niitin, mutterin ja pultin, tai liiman, kuten epoksin. Näillä lähestymistavoilla on kuitenkin rajoituksensa.
”Jos pystyisimme toistamaan kalmarin nokassa havaitsemamme ominaisuusgradientit, se avaisi uusia mahdollisuuksia materiaalien yhdistämiselle”, Zok selittää. ”Jos esimerkiksi liimaa porrastettaisiin niin, että sen ominaisuudet vastaisivat toiselta puolelta yhtä materiaalia ja toiselta puolelta toista materiaalia, voitaisiin mahdollisesti muodostaa paljon kestävämpi sidos”, hän sanoi. ”Tämä voisi todella mullistaa tavan, jolla insinöörit ajattelevat materiaalien kiinnittämistä toisiinsa.”
Waiten mukaan tutkijoita auttoi se, että kalmarit näyttävät siirtyvän pohjoiseen alueilta, joille ne ovat perinteisesti keskittyneet, esimerkiksi syvistä vesistä Meksikon Acapulcon rannikon edustalla. Viime aikoina Humboldtin kalmareita on kuitenkin löydetty runsaasti Etelä-Kalifornian vesiltä. Kampuksen rannoille on viime aikoina huuhtoutunut kymmeniä kuolleita kalmareita, mikä antaa tutkijoille lisää nokkia tutkittavaksi.
Science-artikkelin kaksi muuta kirjoittajaa ovat UCSB:stä. He ovat Todd Schneberk, joka kuuluu materiaalitutkimukseen ja MCDB:hen, ja Chengjun Sun, joka kuuluu MCDB:hen ja Marine Science Instituteen.