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新的研究发现,这些素食蚂蚁的牙齿是牛排刀

切叶蚁(阿塔cephalotes)用它带金属花边的下颚切开一片叶子。 (图片来源:Vaclav Sebek/Shutterstock)

怎么切叶蚂蚁和几十个中学生有什么共同之处?满嘴镶着金属花边的牙齿。

微小的节肢动物,比如蚂蚁,蜘蛛蝎子通常会咬、刺或刺穿坚硬的材料,比如木头和皮肤。这是一个了不起的壮举,考虑到人类连一块牛肉干都嚼不烂(更不用说一大块树皮了),即使有我们强壮的下巴肌肉。

但一项新的研究揭示了切叶蚁(阿塔cephalotes)锋利的边缘。使用强大的显微镜,科学家们发现了一个蜘蛛网研究人员说,蚂蚁颚的生物结构中嵌入了原子,使它们具有一套不锈钢刀的耐久性。这种光滑的锌分布使得蚂蚁牙齿的边缘形成了一个细尖,使它们在很长一段时间内保持锋利。澳门金莎网上游戏

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俄勒冈大学生物物理学家、该研究的主要作者罗伯特·斯科菲尔德(Robert Schofield)告诉《生活科学》(Live Science)网站说:“拥有这种材料的小动物,它们的肌肉与我们的相比微不足道。”澳门金沙网上游戏他说,诀窍在于,蚂蚁和其他金属嘴节肢动物利用它们锋利的牙齿,精确地施加适当的切割力,切穿树叶或隐藏物。

锌(红色)和锰(黄橙色)等金属可以在切叶蚁、蠕虫、蝎子和蜘蛛的切割和刺穿部位找到。 (图片来源:Robert Schofield,CC BY-ND 4.0

斯科菲尔德和他的团队从之前的研究中知道,蚂蚁的牙齿中含有大量的锌。但他们不知道这些金属原子是如何排列的,以及它们是如何帮助蚂蚁咬人的。通过在离子束显微镜下检查切叶蚁牙齿的材料组成,研究人员能够计算出牙齿的硬度、锋利度和耐久性。

蚂蚁的下颚或下颚与你的有很大的不同。“蚂蚁不太依赖下颚来处理食物,”巴西巴拉那联邦大学(Federal University of Parana)的生态学家克里斯蒂安·克朗克(Cristian Klunk)说,他没有参与这项研究。但他们确实在几乎所有其他任务中使用它们,从国防到家庭装修,所以他们需要保持它们的最佳状态。

你的牙齿覆盖着一层珐琅质,这是一种富含钙的物质,是人体中最坚硬的物质。如果你在电子显微镜下观察一小块釉质,你会注意到钙和磷酸盐分子在碳、氢和氧原子周围形成了大块的晶体基质。澳门金莎网上游戏这些晶体是保持牙齿坚固的原因,但也是防止牙齿变得锋利的原因。

相比之下,蚂蚁下颚内侧微小的锯齿状“牙齿”表面覆盖着一层光滑的蛋白质混合物,其中锌元素纵横交错。这种材料被称为“重元素生物材料”(HEB),在强度上很容易与人类牙釉质匹配。斯科菲尔德说,这也使蚂蚁的牙齿更适合切割和切小块,因为在牙釉质中发现的块状磷酸钙晶体不能形成非常锋利的边缘——这就像试图“用大块的砾石”制作一把刀。澳门金莎网上游戏然而,锌不形成块状晶体;澳门金莎网上游戏相反,它会均匀地分布在蛋白质混合物中。这种精细的粘稠度使牙齿的边缘变得锋利。

金属加固物不会因为蚂蚁的牙齿而停止。其他无脊椎动物也将锌或类似的金属锰编织到它们的小工具包中。斯科菲尔德和他的团队发现,巨大的蛤蜊蠕虫的下颚含有高达18%的锌。类似的,蝎子的刺和蜘蛛的毒牙使用的是锌和锰原子以确保这些细长的针状结构可以刺穿坚硬的肌肉而不折断。

斯科菲尔德和他的团队计算出,在无脊椎动物的外骨骼中添加锌或锰,可以使它们穿透坚硬材料所需的力平均减少60%。斯科菲尔德说:“因为锌更耐磨损,一段时间后,就会产生巨大的差异。”

这项研究发表在9月1日的杂志上科学报告

最初发表在Live Science上。澳门金沙网上游戏

乔安娜·汤普森

乔安娜·汤普森是生活科学的实习生,她热爱自然。澳门金沙网上游戏她持有北卡罗来纳州立大学动物学学士学位和创意写作学士学位,并将于2021年12月完成纽约大学科学、健康和环境报告项目的硕士学位。她的研究成果发表在《科学美国人》、《Atlas Obscura》、《奥杜邦》和《时代》杂志上。