ستكون تقنيات الحفر لقنافذ البحر بمثابة مصدر إلهام لتصميم آلات الحفر

لا يبدو أن قنافذ البحر التي تعيش في قاع البحر تنتمي إلى عالم التكنولوجيا المتقدمة. لكن العلماء في معهد وايزمان للعلوم اكتشفوا مؤخرا، ولدهشتهم، أن هذه المخلوقات الشوكية تخلق مخابئها باستخدام تقنيات متقدمة

عندما يحفرون لأنفسهم جحورًا في قاع البحر، تستخدم القنافذ ذات الجسم المستدير أسنانها الخمسة، والتي، مثل أسنان القوارض، تتآكل في أطرافها وتستمر في النمو على الجانب الآخر، من الجذر، طوال حياة القنافذ. قنفذ. والمثير للدهشة أن هذه الأسنان، التي ينبغي أن تكون أقوى من الحجر الجيري الذي يحفر فيه القنافذ جحورها، مصنوعة بشكل أساسي من الكالسيت، وهو نفس المعدن الذي تتكون منه معظم الحجر الجيري. فكيف تتمكن هذه الأسنان من القطع والحفر في قاع البحر؟

في سلسلة من الدراسات التي أجريت على مدى أكثر من عقد من الزمان، اكتشف البروفيسور ستيف وينر والبروفيسور ليا إيدي من قسم البيولوجيا الهيكلية في معهد وايزمان للعلوم أن سر قنافذ البحر يكمن في مزيج من التصميم الأصلي والمثير للدهشة التقنيات. الدراسة الأخيرة في السلسلة، أجراها باحث ما بعد الدكتوراه يورونغ ما وطالبة البحث يائيل بوليتي، بالتعاون مع البروفيسور بوبا جيلبرت والدكتورة ريبيكا ميتزلر من جامعة ويسكونسن، والدكتورة باربرا إيشماير، وأوسكار فاريس، وبيتر براتزل من جامعة ويسكونسن. معهد ماكس في بوتسدام بألمانيا، والدكتور أندريه ميبوم من المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي في باريس، والذي نُشر مؤخرًا في مجلة الجمعية الوطنية الأمريكية للعلوم (PNAS).

وفي الخطوة الأولى، وجد العلماء أن أسنان قنافذ البحر تحتوي على بلورات كالسيت المغنيسيوم، وهي أصغر حجما وأكثر كثافة وأقوى من الكالسيت النقي. تتركز هذه البلورات في الطرف المولي للسن وخاصة في الوسط، حيث يتم تطبيق معظم القوة. ما يثبت البلورات في الموضع الصحيح هو نمط من بلورات الكالسيت التي تكون أكبر حجمًا وأكثر ليونة. في حين أن معظم المواد من هذا النوع مبنية على شكل مصفوفة من الألياف الصلبة التي تحتوي على حشوة أكثر ليونة، يبدو أن أسنان القنفذ مبنية بشكل مختلف: مصفوفة من ألياف الكالسيت الناعمة نسبيًا تحتوي على بلورات كالسيت المغنيسيوم التي هي أصلب. هذه الحقيقة تسمح لهذه البلورات بالانتشار على طول سطح طرف السن. وجود بلورات الكالسيت المغنيسيوم يخلق تأثير ورق الصنفرة الذي يساعد على طحن الصخور.

باستخدام المجهر الإلكتروني X-PEEM عالي الدقة، اكتشف العلماء جانبًا رائعًا آخر لتصميم الأسنان في قنافذ البحر. وتبين أن جميع المواد البلورية التي يتكون منها السن تترتب في طبقتين مختلفتين، وهذه الطبقات "تقفل" فوق بعضها البعض مثل أصابع اليدين الملتصقتين. ويعتقد العلماء أن قنافذ البحر بهذه الطريقة تنتج لنفسها أداة خشنة تشبه المنشار. تشحذ الحافة نفسها عندما يتم طحن السن. وفي الوقت نفسه، تنكسر الطبقات البلورية دائمًا بطريقة تظل الحافة خشنة.

إن الفهم الأفضل لبنية أسنان قنفذ البحر قد يؤدي إلى تصميم أدوات ميكانيكية محسنة، مثل أدوات الطحن والقطع الفعالة التي لا تفقد بريقها، تمامًا مثل أسنان قنافذ البحر التي تشحذ نفسها بنفسها.

المادة العلمية