Un team di ricercatori guidati dall'Università della California di San Diego ha scoperto cosa è responsabile della trasparenza dei denti del pesce drago di acque profonde. Questo adattamento unico, che aiuta a camuffare il dragonfish dalla loro preda, risulta dai loro denti aventi una nanostruttura insolitamente cristallina mescolata con regioni amorfe. I risultati potrebbero fornire "bioispirazione" per i ricercatori che desiderano sviluppare ceramiche trasparenti.

I ricercatori dettagliano i loro risultati in un articolo pubblicato il 5 giugno sulla rivista Questione .

Le creature del mare profondo hanno evoluto alcuni affascinanti adattamenti come la bioluminescenza, occhi che possono vedere in condizioni di scarsa illuminazione, e bocche che possono inghiottire prede molto più grandi. Alcune specie, come il pesce drago di profondità ( Aristostomia scintillante ), avere denti trasparenti.

"È un adattamento che, per quello che ci risulta, non è stato ancora approfondito, " disse Audrey Velasco-Hogan, un dottorato di ricerca in scienze dei materiali. studente presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering e primo autore dello studio. "Studiando perché questi denti sono trasparenti, possiamo comprendere meglio gli organismi di acque profonde come il pesce drago e gli adattamenti che si sono evoluti per vivere nei loro ambienti".

Denti trasparenti, insieme a un corpo oscuro, rendere il dragonfish essenzialmente invisibile alla loro preda, ha spiegato Velasco-Hogan. A causa di questo camuffamento, i pesci drago sono tra i principali predatori delle profondità marine nonostante siano piccoli (misurando circa 15 centimetri di lunghezza) e relativamente lenti.

"Passano la maggior parte del tempo seduti con le fauci aperte, aspettando che arrivi qualcosa. I loro denti sono sempre scoperti, quindi è importante che siano trasparenti in modo che non riflettano o diffondano la luce bioluminescente dall'ambiente, "Ha detto Velasco-Hogan.

Per risolvere i misteri del travestimento dentale del pesce drago, i ricercatori hanno ripreso e analizzato la nanostruttura dei denti utilizzando una combinazione di microscopia elettronica, fasci di ioni focalizzati e test di nanoindentazione. Hanno scoperto che i denti hanno caratteristiche uniche sia nel loro strato esterno simile allo smalto che nello strato interno di dentina.

Lo strato simile allo smalto è costituito da nanocristalli di idrossiapatite strutturati in modo da impedire alla luce di disperdersi o riflettersi sulla superficie dei denti. Anche lo strato di dentina è strutturato in un modo tutto suo. Manca di canali microscopici chiamati tubuli dentinali, che sono ciò che danno il colore ai denti degli esseri umani e di altri animali. L'assenza di tubuli è anche responsabile della trasparenza dei denti del dragonfish.

"Tipicamente, i denti non sono nanostrutturati. E tendono ad avere caratteristiche su microscala come i tubuli dentinali. Dal punto di vista dei materiali, è davvero interessante vedere che i denti di drago hanno architetture che non vediamo in altri, "Ha detto Velasco-Hogan.

"Trovo anche affascinante come ci siano somiglianze fondamentali tra i materiali in laboratorio e in natura, " ha aggiunto. "Sperimentalmente, sappiamo che il modo per rendere trasparente un materiale è ridurre la sua granulometria per renderlo nanostrutturato. Quindi vedere che è anche così che la natura sta realizzando la trasparenza è un parallelo interessante".

Lavoro di squadra interdisciplinare

Velasco-Hogan faceva parte di un team interdisciplinare di ricercatori che sono stati i primi a studiare in dettaglio i denti del pesce drago. Velasco-Hogan immaginò i denti, caratterizzato la loro trasparenza e studiato le loro proprietà meccaniche. Ha lavorato sotto la direzione di Marc Meyers, un professore nei dipartimenti di nanoingegneria e ingegneria meccanica e aerospaziale presso la UC San Diego.

"Il mio gruppo è sempre alla ricerca di nuovi materiali in natura da studiare, " ha detto Meyers, la cui ricerca si concentra sulla biomimetica. "E le collaborazioni interdisciplinari sono una parte fondamentale del nostro lavoro. Quando riuniamo scienziati di diversa estrazione, possiamo far progredire la conoscenza nei nostri campi in modi che un singolo laboratorio non potrebbe fare da solo".

Hanno collaborato con Dimitri Deheyn, un biologo marino presso la Scripps Institution of Oceanography dell'UC San Diego che ricerca la bioluminescenza e la biomimetica. Deheyn ha suggerito l'idea per lo studio, raccolto gli esemplari, condotto esperimenti di imaging e caratterizzato la trasparenza dei denti.

"Sfruttare l'ultimo adattamento mostrato dagli organismi ad ambienti specifici è sempre stato un motore per l'innovazione tecnologica, e il dragonfish non fa eccezione a questo, " ha detto Deheyn. "C'è chiaramente ancora un'ampia ispirazione da raccogliere dal pesce drago e dalla natura in generale, e questa intercettazione tra biologia e ingegneria attraverso la biomimetica è chiaramente un percorso redditizio per le innovazioni sostenibili".

Il team ha coinvolto anche il laboratorio di Eduard Arzt, Direttore del Leibniz Institute for New Materials (INM) a Saarbrücken, Germania. Marcus Koch, chi è Head of Physical Analytics presso INM, ha analizzato la nanostruttura dei denti con un microscopio elettronico specializzato. Birgit Nothdurft, un tecnico della Divisione di Analisi Fisica dell'INM, eseguito una preparazione altamente specializzata dei campioni.