Arapaima gigas är en stor fisk i en större flod full av piranhas, men det betyder inte att det är en lätt måltid. Sötvattenjätten har utvecklat rustningsliknande vågar som kan deformeras, men riv inte eller spricka, när en piranha - som har ett av djurrikets mest kraftfulla bett - attackerar. Forskare från UC San Diego och UC Berkeley beskriver Amazonas unika egenskaper Arapaima hud och dess potential för konstgjorda material 16 oktober i tidskriften Matter.
Arapaima 's anpassning löser naturligtvis ett problem som ingenjörer står inför när de försöker utveckla syntetiska rustningar. Arapaima vågar har en tuff, ändå flexibel, inre skiktet bundet av kollagen till dess mineraliserade yttre skalskikt. Liknande, skottsäkra västar är gjorda av flera lager av flexibel väv som ligger mellan lagren av hårdplast. Men konstgjorda material är bundna med ett tredje limmaterial, Fiskens skalor är bundna på atomistisk nivå. de växer tillsammans, väver till en fast bit.
"Ett fönster kan se starkt och fast ut, men det har ingen ge. Om något försökte punktera det, glaset skulle krossas, säger seniorförfattaren Robert Ritchie, materialvetare vid UC Berkeley. "När naturen binder ett hårt material till ett mjukt material, det betygsätter det, förhindra denna krossande effekt. Och i det här fallet, bindningsstrukturen är mineraliserat kollagen. "
Andra fiskar använder kollagen som Arapaima gör, men kollagenet lagras in Arapaima skalor är tjockare än hos någon annan fiskart. Vågorna ensamma är var och en lika tjocka som en riskorn. Medförfattare Yang, Quan, Meyers, och Ritchie antar att denna tjocklek är hemligheten bakom fiskarnas försvar.
De testade detta genom att blötlägga sprickor Arapaima fjällar i vatten i 48 timmar, dra sedan långsamt isär kanterna samtidigt som du lägger till tryck till en central punkt. När de ökade trycket, de observerade att den del av det mineraliserade, hårt yttre lager expanderat, knäckt, sedan gradvis skalas av. Vågen lokaliserade sedan sprickan, innehåller den och förhindrar att skador sprids i det vridande strukturella kollagenskiktet. Om trycket bryter igenom till kollagenet, det deformerade lagret istället för att bryta det.
Om människor kan utveckla en flexibel hierarkisk struktur som beter sig som kollagenskiktet i fiskskalorna, Ritchie säger att bättre, potentiellt ogenomtränglig, syntetiska rustningar kan göras. Men han erkänner också att denna verklighet kan vara ett antal år tillbaka.
Tills dess, Ritchies team kommer att undersöka hur Arapaima Vågen har anpassats för att förhindra inträngning från piranha -bett samt hur naturen beter sig på detta sätt i andra arter.
