物理科技生物学-PHYICA

研究人员发现了蜗牛是如何咀嚼的,以及“嘴部工具相原俊”的每个部分有什么作用

生物 2021-12-06 00:03:05

基尔大学 使用扫描电子显微镜,在其他几种方法中,有可能将各种功能分配给牙齿,这里是非洲坦噶尼喀湖的蜗牛物种透明带

信用:斯坦尼斯拉夫斯基

戈尔 它们特殊的口器帮助蜗牛适应各种各样的食物和栖息地

基尔大学(CAU)动物研究所和汉堡大学自然历史中心的一个研究小组现在已经能够首次从生物力学角度测量牙齿的机械性能,并由此得出不同的功能关系

该研究结果已经发表在《皇家学会学报:生物科学》杂志上

世界上有80,000多种蜗牛,包括陆地上的和水中的

它们已经适应了它们各自的栖息地和食物来源,尤其是通过它们牙齿排列的相应适应,即所谓的齿舌

这种口具由一条甲壳质的带子组成,上面覆盖着几十到几千个纵向和横向排列的小牙齿

像几乎所有的软体动物一样,蜗牛用这种刺耳的舌头来研磨和加工食物

它们的牙齿比取出食物的基质要软

“然而,我们在之前的实验中发现,单个齿尖可以在高达4700巴的压力下作用于食物及其基质

这种非常高、准时的压力会导致牙齿很快磨损

这就是为什么这些动物每天会长出几排新牙

温克·克林斯,汉堡CeNak研究助理

克林斯已经在汉堡大学和基尔大学的论文中研究了牙齿的功能

实验证明了不同的牙齿功能 和斯坦尼斯拉夫斯基教授一起

戈尔布和博士

来自基尔大学动物研究所的功能形态学和生物力学工作组的亚历山大·科瓦列夫说,她现在第一次能够在生物力学实验中测量牙齿的性能,并描述下颌不同牙齿的不同功能

为了做到这一点,在针尖连接到力传感器的情况下,齿尖被加载到失效状态

记录了导致牙齿断裂或齿盘失效的力

“在扫描电子显微镜分析的帮助下,我们测量了断裂面积,计算出结构能够承受的物理应力,”戈尔布说

为此,使用了现有科学收藏中的蜗牛牙齿

研究表明,某些类型的牙齿比其他类型的牙齿能承受更大的压力

该研究小组说,这表明radula的不同区域有不同的功能

一些牙齿用来从表面刮去食物,另一些用来收集食物

这一结果也得到牙齿材料特性补充研究的支持:“一些栖息地物种的牙齿比其他栖息地物种的牙齿坚硬得多,这表明齿盘的机械特性与基质和食物的特性有多密切的关系,”克林斯说

在一些蜗牛中,这些地区差异是由于铁的沉积

然而,在这里研究的物种中,以及在大多数一般的蜗牛中,没有发现铁

这些结构由几丁质-蛋白质复合物组成,所以机械梯度的存在一定有其他原因

甲壳质纤维的密度和排列,以及稳定材料分子网络的牙齿晒黑程度,应该在将来进一步研究

生物力学的惊人结果:牙齿相互稳定 研究人员在实验中面临着特殊的挑战:因为一些蜗牛的牙齿只有0

05至0

尺寸为10毫米,即使使用现代技术,确定材料特性的方法也很复杂

“但是我们的工作组专门研究最小生物结构的特征,所以相比之下,这里研究的牙齿甚至相当大,”科瓦列夫解释说

在许多国际研究中,尽管蜗牛在进食时总是保持舌头湿润,但由于方法上的挑战,到目前为止只研究了干燥状态下的舌突结构

因此,来自汉堡和基尔的团队现在开发了一个实验装置,首次在干燥和潮湿的条件下研究牙齿——结果出人意料

水极大地改变了生物材料的机械特性:湿材料比干材料软得多,通常更容易损坏

然而,需要更多的力量来打破湿蜗牛的牙齿

“潮湿时,齿牙是有弹性的,它们在齿牙韧带中的固定是有弹性的

因此,牙齿互相依靠,稳定了整个结构,”戈尔布解释说

“这样的实验不是盲目地调查自然,而是为理解生物对环境的不同适应提供基础

" 基于这项研究,首次成功地使用生物力学方法来研究舌瓣的机械功能,从而研究蜗牛的摄食适应性,进一步的实验方法有可能触及蜗牛进化的底部

此外,这些生物力学的发现可以促进机器人专用抓取装置的发展

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