Ett team av forskare ledda av University of California San Diego har upptäckt vad som är ansvarigt för att göra tänderna på djuphavsdrakfisken genomskinliga. Denna unika anpassning, som hjälper till att kamouflera drakfisken från deras byte, resultat av att deras tänder har en ovanligt kristallin nanostruktur blandad med amorfa regioner. Resultaten kan ge "bioinspiration" för forskare som vill utveckla transparent keramik.

Forskare beskriver sina resultat i en artikel som publicerades den 5 juni i tidskriften Materia .

Djuphavsvarelser har utvecklat några fascinerande anpassningar som bioluminescens, ögon som kan se i svagt ljus, och munnar som kan uppsluka mycket större byten. Vissa arter, som djuphavsdrakfisken ( Aristostomias scintillans ), ha genomskinliga tänder.

"Det är en anpassning som så vitt vi vet, har ännu inte utforskats i detalj, sa Audrey Velasco-Hogan, en materialvetenskap Ph.D. student vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och första författare till studien. "Genom att studera varför dessa tänder är genomskinliga, vi kan bättre förstå djuphavsorganismer som drakfisken och de anpassningar de utvecklats för att leva i sina miljöer."

Genomskinliga tänder, tillsammans med en mörk kropp, göra drakfiskarna i princip osynliga för sitt byte, förklarade Velasco-Hogan. På grund av detta kamouflage, drakfisk är bland de bästa rovdjuren i djuphavet trots att de är små (mäter cirka 15 centimeter långa) och relativt långsamma.

"De tillbringar det mesta av sin tid med att sitta med öppna käkar, väntar på att något ska komma. Deras tänder är alltid exponerade, så det är viktigt att de är genomskinliga så att de inte reflekterar eller sprider något självlysande ljus från omgivningen, " sa Velasco-Hogan.

För att lösa mysterierna med drakfiskens tandförklädnad, forskare avbildade och analyserade nanostrukturen hos tänderna med en kombination av elektronmikroskopi, fokuserade jonstråle- och nanoindentationstester. De upptäckte att tänderna har unika egenskaper både i deras yttre emaljliknande lager och inre dentinlager.

Det emaljliknande lagret består av nanokristaller av hydroxiapatit strukturerade på ett sätt som förhindrar ljus från att spridas eller reflekteras från tändernas yta. Dentinlagret är också uppbyggt på sitt speciella sätt. Den saknar mikroskopiska kanaler som kallas dentintubuli, som är det som ger människors och andra djurs tänder sin färg. Frånvaron av tubuli är också ansvarig för att göra dragonfish tänder genomskinliga.

"Vanligtvis, tänder är inte nanostrukturerade. Och de tenderar att ha mikroskaliga egenskaper som dentintubuli. Ur ett materialperspektiv, det är verkligen intressant att se att drakfisktänder har en arkitektur som vi inte ser hos andra, " sa Velasco-Hogan.

"Jag tycker också att det är fascinerande hur det finns grundläggande likheter mellan material i labbet och i naturen, " lade hon till. "Experimentellt, vi vet att sättet att göra ett material transparent är genom att minska dess kornstorlek för att göra det nanostrukturerat. Så att se det är också hur naturen åstadkommer transparens är en intressant parallell."

Tvärvetenskapligt lagarbete

Velasco-Hogan var en del av ett tvärvetenskapligt team av forskare som var först med att studera drakfisktänderna i detalj. Velasco-Hogan avbildade tänderna, karakteriserade deras transparens och studerade deras mekaniska egenskaper. Hon arbetade under ledning av Marc Meyers, en professor vid institutionerna för nanoteknik och mekanisk och rymdteknik vid UC San Diego.

"Min grupp letar alltid efter nytt material i naturen att studera, sa Meyers, vars forskning fokuserar på biomimik. "Och tvärvetenskapliga samarbeten är en viktig del av vårt arbete. När vi samlar forskare från olika bakgrunder, vi kan föra fram kunskapen inom våra områden på sätt som ett enda labb inte skulle kunna göra ensamt."

De samarbetade med Dimitri Deheyn, en marinbiolog vid Scripps Institution of Oceanography vid UC San Diego som forskar om bioluminescens och biomimik. Deheyn föreslog idén till studien, samlade in exemplaren, genomförde avbildningsexperiment och karakteriserade tändernas genomskinlighet.

"Att dra fördel av den ultimata anpassningen som organismer visar till specifika miljöer har alltid varit en drivkraft för teknisk innovation, och drakfisken är inget undantag från detta, ", sa Deheyn. "Det finns helt klart fortfarande bred inspiration att hämta från drakfisken och naturen i allmänhet, och denna avlyssning mellan biologi och ingenjörskonst genom biomimik är helt klart en lukrativ väg för hållbara innovationer."

Teamet involverade också Eduard Arzts labb, Direktör för Leibniz-institutet för nya material (INM) i Saarbrücken, Tyskland. Marcus Koch, som är chef för Physical Analytics på INM, analyserade nanostrukturen på tänderna med ett specialiserat elektronmikroskop. Birgit Nothdurft, en tekniker på avdelningen för fysisk analys vid INM, utförde en mycket specialiserad beredning av proverna.