Pytanie to zafascynowało osoby zainteresowane tworzeniem nowych materiałów, które naśladują materiały biologiczne. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Science.
Ostry dziób kałamarnicy Humboldta jest jednym z najtwardszych i najsztywniejszych znanych materiałów organicznych. Inżynierowie, biolodzy i naukowcy morscy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara połączyli siły, aby odkryć, w jaki sposób miękka, galaretowata kałamarnica może obsługiwać swój podobny do noża dziób bez rozdzierania się na kawałki.
UC Santa Barbara jest mekką dla tego typu interdyscyplinarnych badań i przyciąga naukowców i inżynierów z całego świata, aby zmagać się z pytaniami, które przekraczają szeroki zakres dyscyplin naukowych i inżynieryjnych.
Kluczem do dzioba kałamarnicy jest stopniowanie sztywności. Końcówka jest niezwykle sztywna, ale podstawa jest 100 razy bardziej elastyczna, co pozwala jej wtopić się w otaczającą tkankę. Działa to jednak tylko wtedy, gdy podstawa dzioba jest mokra. Po wyschnięciu, podstawa staje się podobnie sztywna jak już wysuszona końcówka dzioba.
Kwadraty Humboldta, lub Dosidicus gigas, są około trzech stóp szerokości i mogą zranić rybę jednym szybkim ruchem. Zgodnie z artykułem, … „dziób kałamarnicy może przeciąć rdzeń nerwowy, aby sparaliżować ofiarę do późniejszego spokojnego spożycia.”
„Kałamarnice mogą być agresywne, kapryśne, nagle wredne i zawsze są głodne”, powiedział Herb Waite, współautor i profesor biologii na UC Santa Barbara. „Nie chciałbyś nurkować obok jednej z nich. Tuzin z nich mógłby cię zjeść, albo naprawdę bardzo zranić”. Stworzenia te są bardzo szybkie i pływają za pomocą napędu odrzutowego.
Poza ludźmi, głównym drapieżnikiem kałamarnicy jest wieloryb spermy, a te zwierzęta często pokazują blizny po bitwie, ze skórą uszkodzoną przez ostre przyssawki kałamarnicy. Waite zauważył, że mięsień kałamarnicy jest dostępny w lokalnie robionych kanapkach, często nazywanych „kanapkami ze stekiem kalmarowym”.”
Waite uważa, że dziób kałamarnicy jest zniewalający i zainteresował się badaczem podoktorskim i pierwszym autorem Ali Miserez w dołączeniu do badań. Miserez jest związany z Wydziałem Materiałów UCSB, Wydziałem Biologii Molekularnej, Komórkowej i Rozwojowej (MCDB) oraz Marine Science Institute.
„Zawsze byłem sceptyczny co do tego, czy istnieje jakakolwiek rzeczywista korzyść z 'funkcjonalnie stopniowanych’ materiałów, ale dziób kałamarnicy zmienił mnie w wierzącego”, powiedział współautor Frank Zok, profesor i zastępca przewodniczącego Wydziału Materiałów UC Santa Barbara.
„Mamy tu 'narzędzie tnące’, które jest niezwykle twarde i sztywne na swoim czubku i jest przymocowane do materiału —- mięśniowego, który ma konsystencję galaretki,” powiedział Zok.
„Możesz sobie wyobrazić problemy, jakie napotkałbyś, gdybyś przymocował ostrze noża do bloku galaretki i próbował użyć tego ostrza do cięcia. Ostrze przecięłoby galaretkę co najmniej w takim samym stopniu, jak docelowy obiekt. W przypadku dzioba kałamarnicy natura rozwiązuje ten problem, zmieniając skład dzioba stopniowo, a nie gwałtownie, tak aby jego czubek mógł przebić ofiarę, nie uszkadzając przy tym kałamarnicy. To naprawdę fascynujący projekt!”
Zok wyjaśnił, że większość zaprojektowanych struktur jest wykonana z kombinacji bardzo różnych materiałów, takich jak ceramika, metale i tworzywa sztuczne. Łączenie ich razem wymaga albo jakiegoś rodzaju mechanicznego mocowania, takiego jak nit, nakrętka i śruba, albo kleju, takiego jak epoksyd. Ale te podejścia mają ograniczenia.
„Gdybyśmy mogli odtworzyć gradienty właściwości, które znajdujemy w dziobie kałamarnicy, otworzyłoby to nowe możliwości łączenia materiałów”, wyjaśnił Zok. „Na przykład, jeśli stopniowałbyś klej, aby jego właściwości odpowiadały jednemu materiałowi po jednej stronie i drugiemu materiałowi po drugiej stronie, mógłbyś potencjalnie stworzyć znacznie bardziej wytrzymałe połączenie”, powiedział. „To mogłoby naprawdę zrewolucjonizować sposób, w jaki inżynierowie myślą o dołączaniu materiałów razem.”
Według Waite’a, naukowcom pomógł fakt, że kałamarnice wydają się poruszać na północ od obszarów, w których tradycyjnie były skoncentrowane, na przykład głębokie wody u wybrzeży Acapulco, Meksyk. Ostatnio jednak kałamarnice Humboldta znajdowane są w dużych ilościach w wodach południowej Kalifornii. Dziesiątki martwych kałamarnic zostały niedawno umyte na plażach kampusu, zapewniając naukowcom więcej dziobów do study.
Dwóch innych współautorów na Science artykuł są z UCSB. Są one Todd Schneberk, związane z badań materiałów i MCDB, i Chengjun Sun, związane z MCDB i Marine Science Institute.
.