Frågan har fängslat dem som är intresserade av att skapa nya material som efterliknar biologiska material. Resultaten publiceras i tidskriften Science.
Den vassa näbben hos Humboldtbläckfisken är ett av de hårdaste och styvaste organiska material som man känner till. Ingenjörer, biologer och havsforskare vid University of California, Santa Barbara, har gått samman för att upptäcka hur den mjuka, gelatinösa bläckfisken kan använda sin knivliknande näbb utan att slita sig själv i bitar.
UC Santa Barbara är ett mecka för den här typen av tvärvetenskapliga studier och lockar till sig vetenskapsmän och ingenjörer från hela världen för att ta itu med frågor som korsar ett brett spektrum av vetenskaps- och ingenjörsvetenskapliga discipliner.
Nyckeln till bläckfisksnäbben ligger i graderingarna av styvhet. Spetsen är extremt styv, men basen är 100 gånger mer följsam, vilket gör att den kan smälta in i den omgivande vävnaden. Detta fungerar dock bara när näbbens bas är våt. När den torkar ut blir basen lika styv som den redan uttorkade näbbspetsen.
Humboldtbläckfiskar, eller Dosidicus gigas, är ungefär en meter breda och kan skada en fisk med en enda snabb rörelse. Enligt artikeln kan … ”kan en bläckfisknäbb skära av nervtrådarna för att paralysera bytet så att det senare kan äta i lugn och ro.”
”Bläckfiskar kan vara aggressiva, finurliga, plötsligt elaka och de är alltid hungriga”, säger Herb Waite, medförfattare och professor i biologi vid UC Santa Barbara. ”Du skulle inte vilja dyka bredvid en sådan. Ett dussin av dem skulle kunna äta dig eller skada dig väldigt mycket.” Varelserna är mycket snabba och simmar med hjälp av jetmotorer.
Bortsett från människan är bläckfiskens främsta rovdjur kaskelotvalen, och dessa djur uppvisar ofta ärren från striderna, med hud som är märkt av bläckfiskens vassa sugproppar. Waite noterade att bläckfiskmuskel finns tillgänglig i lokalt tillverkade smörgåsar, som ofta kallas ”calamari steak sandwiches.”
Waite tycker att bläckfiskens näbb är övertygande och han intresserade postdoktoral forskare och förstaförfattare Ali Miserez för att gå med i studien. Miserez är knuten till UCSB:s materialavdelning, avdelningen för molekylär-, cell- och utvecklingsbiologi (MCDB) och Marine Science Institute.
”Jag har alltid varit skeptisk till om det finns någon verklig fördel med ”funktionellt graderade” material, men bläckfisknäbben gjorde mig till en troende”, säger medförfattaren Frank Zok, professor och biträdande ordförande för materialavdelningen vid UC Santa Barbara.
”Här har vi ett ”skärverktyg” som är extremt hårt och styvt i spetsen och som är fäst vid ett material —- den muskulösa bukala massan —- som har konsistensen av gelé”, säger Zok.
”Man kan föreställa sig de problem man skulle stöta på om man fäster ett knivblad vid ett block av gelé och försöker använda bladet för att skära. Knivbladet skulle skära igenom Jell-o minst lika mycket som det målade föremålet. När det gäller bläckfiskens näbb tar naturen hand om problemet genom att ändra näbbens sammansättning successivt, snarare än plötsligt, så att dess spets kan genomborra bytet utan att skada bläckfisken i processen. Det är en verkligt fascinerande konstruktion!”
Zok förklarade att de flesta konstruerade strukturer är gjorda av kombinationer av mycket olika material, t.ex. keramik, metaller och plast. För att sammanfoga dem krävs antingen någon form av mekanisk fastsättning som en nit, en mutter och en bult eller ett lim som epoxi. Men dessa metoder har begränsningar.
”Om vi kunde reproducera de egenskapsgradienter som vi hittar i bläckfisknäbben skulle det öppna nya möjligheter att förena material”, förklarade Zok. ”Om man till exempel graderar ett lim så att dess egenskaper stämmer överens med ett material på ena sidan och det andra materialet på den andra sidan, skulle man potentiellt kunna bilda en mycket mer robust bindning”, sade han. ”Detta skulle verkligen kunna revolutionera det sätt på vilket ingenjörer tänker på att fästa material ihop.”
Enligt Waite fick forskarna hjälp av det faktum att bläckfiskar tycks röra sig norrut från områden där de traditionellt har varit koncentrerade, till exempel djupa vatten utanför Acapulcos kust i Mexiko. På senare tid har dock Humboldtbläckfiskar påträffats i stora mängder i vattnen i södra Kalifornien. Dussintals döda bläckfiskar har nyligen spolats upp på campusstränder, vilket har gett forskarna fler näbbar att studera.
De två andra medförfattarna till Science-artikeln är från UCSB. De är Todd Schneberk, knuten till materialforskning och MCDB, och Chengjun Sun, knuten till MCDB och Marine Science Institute.