Mientras que los humanos y muchos animales usan los dientes para triturar o triturar los alimentos como parte inicial del proceso digestivo, algunas especies, como las aves que carecen de dientes, trituran los alimentos dentro de la molleja, una estructura entre la boca y el estómago, con elayuda de los cálculos. Otra adaptación interesante de este enfoque a la digestión ha evolucionado en la mayoría de los gasterópodos cefaláspidos, un tipo común de moluscos marinos, que utilizan placas endurecidas que recubren la molleja para triturar o moler.
Recientemente, un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia Weizmann e Investigación Oceanográfica y Limnológica de Israel y el Instituto Nacional de Oceanografía, Israel ha estudiado las propiedades estructurales y mecánicas de las placas de molleja de la cuadripartita de la filamentosa cefaláspido, logrando una mejor comprensión de cómo funciona la mollejaLas placas funcionan en el proceso de digestión y una idea de la conexión entre la función biológica y las propiedades mecánicas de los compuestos biológicos. El descubrimiento puede ayudar a los científicos a desarrollar nuevos materiales con las funciones mecánicas deseadas. Este trabajo se presentará en el 62º Simposio y Exposición Internacional AVS,celebrada del 18 al 23 de octubre de 2015 en San José, California
"Este trabajo, el proyecto de tesis de la estudiante graduada Margarita Kovtanyuk, informa un estudio detallado de la ultraestructura y la dureza y la variación del módulo elástico de las placas de molleja de cuadripartito de Philine, mostrando que las placas se utilizan para triturar, no para moler, elalimentos, que es diferente de la función de rechinar de los dientes ", dijo Sidney Cohen, director del laboratorio de análisis de superficie en el Departamento de Apoyo a la Investigación Química en el Instituto de Ciencia Weizmann, Israel.
Cohen dijo que Philine quadripartita tiene tres placas endurecidas de tamaño milimétrico dentro de la molleja: dos placas emparejadas que son imágenes especulares entre sí y una placa más pequeña sin emparejar. Para comprender mejor las funciones de las placas de molleja en el proceso de digestión, el equipo de Weizmannutilizó una variedad de técnicas químicas, mecánicas y estructurales para estudiar el sistema muscular de la molleja, los alimentos presentes en las diferentes etapas del proceso de digestión y la superficie de trabajo de las placas de la molleja.
La observación experimental directa mostró que las presas de molleja aplastaron a las presas pequeñas y sin cáscara antes de ingresar al estómago, las dos placas emparejadas sirvieron como superficies de trituración. Los investigadores también encontraron que la placa de mollejas tiene una estructura compleja de cuatro capas, cuyo elásticomódulos, una medida de qué tan bien soporta un material el desgaste, y la dureza aumenta con la distancia desde la superficie. La capa más rígida de una placa de molleja es de 40 a 50 micras una millonésima parte de un metro debajo de la superficie de trabajo, a diferencia de la mayoría de los dientesdonde la capa más rígida está en la superficie.
"El rectificado requiere superficies de trabajo muy duras y rígidas que facilitan la descomposición de los materiales entre las superficies, mientras que además de la dureza y la rigidez, el aplastamiento también requiere cierto grado de resistencia de la superficie para proteger las superficies de trabajo de desmoronarse bajo alta presión", explicó Cohen.
Una superficie que es más flexible o elástica puede adaptarse mejor a la deformación inducida por el estrés y evitar autolesiones. Aunque en comparación con los dientes de erizo de mar utilizados para obtener alimento al moler superficies rocosas, la placa de molleja es mucho menos dura y rígida,Las características estructurales únicas de las placas indican que la naturaleza las ha diseñado para diferentes tareas, dijo Cohen.
Además, los investigadores descubrieron que las diferencias en las características mecánicas y las funciones biológicas de las superficies también están relacionadas con la diferencia en la composición mineral de los materiales. Por ejemplo, las placas de molleja están compuestas de una mezcla de minerales amorfos- carbonato de calcio y fosfato de calcio, mientras que los dientes de erizo de mar consisten en calcita cristalina que contiene magnesio.
El análisis riguroso de los índices de elasticidad un parámetro que indica la resistencia al desgaste de un material de las placas de molleja en comparación con los dientes de erizo de mar y la calcita sintética mostró la diferencia principal entre las funciones de molienda y trituración de los materiales compuestos biológicos.descubrió que aunque ambas funciones requieren alta tenacidad, la función de rectificado requiere superficies más duras para evitar un desgaste excesivo.
Cohen señaló que el sistema digestivo de los moluscos marinos es un excelente ejemplo de la interacción entre la composición química y estructural con la función biológica. La investigación de este organismo único a pequeña escala ha revelado cómo se optimiza su funcionalidad para su función de trituración.El contraste de esta especie con otros organismos con roles variables revela nuevas ideas sobre los requisitos específicos de la funcionalidad mecánica biológica.
"Las soluciones desarrolladas por organismos durante cientos de millones de años han producido materiales funcionales sofisticados en condiciones ambientales, con un diseño inesperado y mucho más innovador que las mejores soluciones producidas por el hombre", dijo Cohen. "El diseño de la naturaleza es multifacético ycomplejo. Ahora tenemos las herramientas para revelar algunos de sus secretos, lo que nos permite comprender mejor e imitar la naturaleza, ayudando a los científicos a desarrollar mejores materiales con las funciones deseadas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por AVS: Ciencia y tecnología de materiales, interfaces y procesamiento . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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