Ученые нашли в зубах морского волка уникальное свойство
Иерусалим, 11 января 2026 г. (TPS-IL) — Ученые обнаружили в зубах атлантического морского волка удивительное свойство, которое может вдохновить создание более прочных костных протезов и бронежилетов, а также более устойчивых транспортных средств, сообщили израильские ученые.
В основе этих зубов лежит ткань, называемая остеодентином, которая сжимается во всех направлениях при давлении — поведение, почти не встречающееся в природных, богатых минералами материалах. Это необычное свойство позволяет зубам поглощать разрушительные силы, предлагая основу для создания материалов, которые одновременно прочны и устойчивы к повреждениям.
Обычно при сжатии материалов вдоль их длины они расширяются в стороны. Однако остеодентин ведет себя противоположным образом — это редкое свойство, известное как ауксетичность, при котором материал сжимается во всех направлениях под давлением вместо того, чтобы выпячиваться наружу. В ходе испытаний, когда исследователи прикладывали силу вдоль оси зуба, имитируя мощный укус морского волка, ткань сжималась как в стороны, так и по длине. Измерения по всем восьми исследованным зубам находились в диапазоне, редко встречающемся даже в искусственных материалах.
«Это было поразительно», — сказал профессор Рон Шахар из Школы ветеринарной медицины Корэт Еврейского университета, руководивший исследованием. «Остеодентин ведет себя так, как почти никакая другая природная минерализованная ткань. Его структура позволяет зубу безопасно и эффективно поглощать большие нагрузки. Природа создала конструкцию, которая защищает рыбу от экстремальных сил, связанных с ее питанием, и это может вдохновить создание новых синтетических материалов с аналогичной прочностью».
Атлантический морской волк (Anarhichas lupus) — морской хищник с телом, похожим на угря, обитающий в Северной Атлантике. Его наиболее заметная черта — мощные челюсти и крупные острые зубы, особенно клыки и моляроподобные зубы в задней части рта, которые позволяют морскому волку дробить раковины, что не под силу многим другим рыбам. Ткань остеодентина делает зубы менее подверженными поломке.
Команда использовала передовые методы рентгеновского сканирования и 3D-картографирования, чтобы точно увидеть, как зубы деформируются под давлением. Они обнаружили, что остеодентин равномерно сжимается во всех направлениях при компрессии, что является крайне необычной реакцией для природных материалов.
Секрет кроется в микроструктуре ткани. Остеодентин имеет плотную сеть вертикальных каналов шириной 10–20 микрон, идущих от основания к кончику зуба и изгибающихся наружу у поверхности. Ученые заявили, что такое расположение заставляет минеральные колонны между каналами изгибаться внутрь при сжатии, увеличивая прочность зуба и снижая вероятность растрескивания.
Испытания также показали, что, хотя минерал в остеодентине примерно так же жестк, как кость, именно эта уникальная архитектура делает зубы такими прочными. «Аналогичное поведение наблюдалось только у нескольких беспозвоночных, таких как зубы морского брюхоногого моллюска и перламутр», — сказал Шахар.
Исследователи полагают, что эта особенность может встречаться и у других рыб, предполагая более широкую роль остеодентина в природе. Помимо понимания того, как зубы выдерживают экстремальные нагрузки, это открытие предоставляет модель для разработки синтетических материалов, которые являются прочными, долговечными и поглощают энергию — качества, ценные в медицине, аэрокосмической отрасли и инженерии.
Материалы, вдохновленные остеодентином, могут использоваться в костных имплантатах, стоматологических протезах и замене суставов, делая их более долговечными, устойчивыми к растрескиванию и способными поглощать нагрузки. Открытие открывает возможность создания шлемов, бронежилетов, спортивного снаряжения и даже обуви или чехлов для телефонов из легких материалов, которые более эффективно поглощают удары.
Принципы проектирования также могут быть полезны в инженерии, аэрокосмической и автомобильной промышленности. Транспортные средства, самолеты и здания могут использовать материалы с ауксетическими свойствами для противостояния повторяющимся нагрузкам, столкновениям или вибрациям, оставаясь при этом прочными и легкими.
«Изучение остеодентина дает нам представление о том, как природа создает материалы, которые одновременно прочны и устойчивы», — сказал Шахар. «Это замечательный пример природной инженерии, который может помочь в разработке новых технологий».
Исследование было опубликовано в рецензируемом журнале Acta Biomaterialia.
Связанные темы
