De vraag heeft diegenen geboeid die geïnteresseerd zijn in het maken van nieuwe materialen die biologische materialen nabootsen. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science.
De scherpe bek van de Humboldt inktvis is een van de hardste en stijfste organische materialen die bekend zijn. Ingenieurs, biologen en mariene wetenschappers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, hebben hun krachten gebundeld om te ontdekken hoe de zachte, gelatineachtige inktvis zijn mesachtige bek kan gebruiken zonder zichzelf in stukken te scheuren.
UC Santa Barbara is een mekka voor dit soort interdisciplinair onderzoek, en trekt wetenschappers en ingenieurs van over de hele wereld aan om te worstelen met vragen die een breed scala van wetenschaps- en ingenieursdisciplines doorkruisen.
De sleutel tot de inktvisbek ligt in de gradaties van stijfheid. De tip is extreem stijf, maar de basis is 100 keer meer meegaand, waardoor het zich vermengt met het omringende weefsel. Dit werkt echter alleen als de basis van de bek nat is. Na uitdroging wordt de basis even stijf als de reeds uitgedroogde snavelpunt.
Humboldt inktvissen, of Dosidicus gigas, zijn ongeveer drie voet breed en kunnen met één snelle beweging een vis verwonden. Volgens het artikel, … “een inktvisbek kan het zenuwstelsel doorsnijden om een prooi te verlammen om later rustig te kunnen eten.”
“Inktvissen kunnen agressief zijn, grillig, plotseling gemeen, en ze hebben altijd honger,” zei Herb Waite, co-auteur en professor in de biologie aan de UC Santa Barbara. “Je zou niet naast één willen duiken. Een dozijn van hen kan je opeten, of je echt veel pijn doen.” De wezens zijn zeer snel en zwemmen door straalaandrijving.
Naast de mens is het belangrijkste roofdier van inktvis de potvis, en deze dieren vertonen vaak de littekens van de strijd, met de huid ontsierd door de scherpe zuigers van de inktvis. Waite merkte op dat inktvisspieren verkrijgbaar zijn in plaatselijk gemaakte sandwiches, die vaak “calamari steak sandwiches” worden genoemd.”
Waite vindt de inktvisbek fascinerend en hij interesseerde postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur Ali Miserez om mee te doen aan de studie. Miserez is verbonden aan het Department of Materials van UC Santa Barbara, het Department of Molecular, Cellular, and Developmental Biology (MCDB), en het Marine Science Institute.
“Ik was altijd sceptisch over de vraag of er een echt voordeel is aan ‘functioneel gesorteerde’ materialen, maar de inktvisbek veranderde me in een gelovige,” zei co-auteur Frank Zok, professor en vice-voorzitter van het Department of Materials aan UC Santa Barbara.
“Hier heb je een ‘snijgereedschap’ dat extreem hard en stijf is aan de punt en is bevestigd aan een materiaal —- de gespierde buccale massa —- die de consistentie van Jell-o heeft,” zei Zok.
“Je kunt je de problemen voorstellen die je zou tegenkomen als je een mesblad aan een blok Jell-o zou bevestigen en dat mes zou proberen te gebruiken om te snijden. Het mes zou minstens evenveel door de Jell-o snijden als het doelobject. In het geval van de inktvisbek lost de natuur het probleem op door de samenstelling van de bek geleidelijk te veranderen in plaats van abrupt, zodat de punt de prooi kan doorboren zonder de inktvis daarbij te beschadigen. Het is een werkelijk fascinerend ontwerp!”
Zok legde uit dat de meeste kunstmatige structuren zijn gemaakt van combinaties van zeer verschillende materialen zoals keramiek, metalen en kunststoffen. Om ze aan elkaar te bevestigen is een mechanische bevestiging nodig, zoals een klinknagel, een bout en moer, of een kleefstof zoals epoxy. Maar deze benaderingen hebben beperkingen.
“Als we de eigenschappengradiënten die we in de inktvisbek vinden zouden kunnen reproduceren, zou dat nieuwe mogelijkheden openen voor het verbinden van materialen,” legde Zok uit. “Als je bijvoorbeeld de eigenschappen van een lijm zou kunnen afstemmen op het ene materiaal aan de ene kant en het andere materiaal aan de andere kant, zou je een veel robuustere verbinding kunnen maken,” zei hij. “Dit zou echt een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop ingenieurs denken over het aan elkaar hechten van materialen.”
Volgens Waite werden de onderzoekers geholpen door het feit dat pijlinktvissen naar het noorden lijken te trekken uit gebieden waar ze traditioneel geconcentreerd zijn, bijvoorbeeld diepe wateren voor de kust van Acapulco, Mexico. De laatste tijd worden Humboldt-inktvissen echter in groten getale aangetroffen in de wateren van Zuid-Californië. Tientallen dode pijlinktvissen zijn onlangs aangespoeld op de stranden van de campus, waardoor de onderzoekers meer snavels hebben gekregen om te bestuderen.
De twee andere co-auteurs van het Science-artikel zijn van UCSB. Het zijn Todd Schneberk, verbonden aan materiaalonderzoek en MCDB, en Chengjun Sun, verbonden aan MCDB en het Marine Science Institute.