چرا دندان مورچه از دندان انسان تیزتر است؟
فکر می‌کنید وجه تشابه مورچه‌های برگ‌بُر با دانش‌آموزان دوره راهنمایی چیست؟ مطمئنا حدستان اشتباه است؛ چون جواب دهانی پر از دندان‌هایی با روکش فلزی است! بندپایان ریزجثه‌ای مانند مورچه‌ها و عنکبوت‌ها و عقرب‌ها مرتب در حال گازگرفتن یا نیش‌زدن یا سوراخ‌کردن مواد سفتی چون چوب و پوست هستند و این در‌مقایسه‌با ما انسان‌ها که حتی هنگام جویدن تکه‌ای گوشت گاو (چه برسد به پوست درخت!) و با داشتن ماهیچه‌های قوی فک با مشکل روبه‌رو می‌شویم، توانایی حیرت‌انگیزی به‌نظر می‌رسد.
حالا مطالعه جدیدی دلیل توانایی گروهی از مورچه‌های برگ‌بُر در سوراخ‌کردن مواد سخت را نشان داده است. دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ‌های قوی، موفق شده‌اند توری از اتم‌های فلز روی را کشف کنند که در ساختار بیولوژیکی آرواره مورچه‌ها تنیده شده و به آن‌ها استحکامی به‌اندازه چاقوهایی از جنس فولاد ضدزنگ بخشیده است. این فلز طوری در دهان مورچه‌های برگ‌بُر قرار گرفته که در لبه آرواره پایینی دندانه‌دارشان، نوکِ تیز و برنده‌ای ایجاد شده که تا مدت‌های طولانی تیز باقی خواهد ماند.
به‌گفته رابرت شوفیلد، بیوفیزی‌کدان دانشگاه اورگان و نویسنده اصلی این تحقیق، ماهیچه آرواره جانوران ریزجثه‌ای که فلز روی دارند، در‌مقایسه‌با ماهیچه فک انسان‌ها در حد میکروسکوپی است. اینکه چطور این ماهیچه‌های میکروسکوپی در بُرش مواد سخت بهتر از ماهیچه‌های فک انسان عمل می‌کنند، بدین‌دلیل است که مورچه‌ها و بندپایان دیگری که «دهان فلزی» دارند، از دندان‌های تیز خود برای واردکردن مقدار دقیق و حساب‌شده‌ای فشار برای بریدن برگ‌ها یا پوست استفاده می‌کنند.
تحقیقات قبلی شوفیلد و تیمش به آن‌ها نشان داده بود که دندان‌های مورچه حاوی مقادیر زیادی فلز روی هستند؛ اما آن‌ها دقیقا نمی‌دانستند که این اتم‌های فلزی چگونه کنار‌هم قرار گرفته‌اند و به توانایی گازگرفتن مورچه‌ها کمک می‌کنند. این محققان به‌کمک میکروسکوپ مجهز به باریکه یونی متمرکز، ترکیب مواد سازنده دندان مورچه برگ‌بُر را قبل و بعد از گازگرفتن آن بررسی کردند و بدین‌ترتیب توانستند میزان سختی و برندگی و دوام این دندان‌ها را محاسبه کنند.
آرواره مورچه‌ها با فک ما انسان‌ها تفاوت زیادی دارد. به‌گفته کریستیان کلانک، بوم‌شناس دانشگاه پارانا در برزیل، «مورچه‌ها برای جویدن غذا زیاد از آرواره پایین خود استفاده نمی‌کنند»؛ اما از این آرواره تقریبا برای انجام هر کار دیگری، از دفاع گرفته تا لانه‌سازی، بهره می‌برند؛ به‌همین‌دلیل، باید آن را در بهترین حالت نگه دارند.
دندان‌های ما پوشیده از لایه‌ای غنی از کلسیم به نام مینای دندان است که درواقع سخت‌ترین ماده در بدن انسان محسوب می‌شود. اگر کمی مینای دندان را زیر میکروسکوپ الکترونی بگذارید، متوجه مولکول‌های کلسیم و فسفات می‌شوید که در اطراف اتم‌های کربن و هیدروژن و اکسیژن نوعی ماتریس کریستالی ضخیم را تشکیل داده‌اند. ما استحکام دندان‌های خود را مدیون این کریستال‌ها هستیم؛ اما به‌دلیل همین کریستال‌ها است که دندان‌های ما به برندگی دندان‌های مورچه نیستند.
درواقع، لبه داخلی دندانه‌دار آرواره پایینی مورچه پوشیده از ترکیبی یکدست از پروتئین و فلز روی است. این ترکیب که به‌عنوان «ماده بیولوژیکی عنصر سنگین» (HEB) شناخته می‌شود، از نظر استحکام با مینای دندان انسان رقابت می‌کند؛ اما در برندگی و خُردکردن بسیار بهتر از دندان انسان عمل می‌کند؛ زیرا کریستال‌های بلوکی کلسیم فسفات موجود در مینای دندان نمی‌توانند لبه‌های تیز ایجاد کنند.
به‌گفته شوفیلد، مثل این است که بخواهیم از سنگ‌ریزه چاقو بسازیم؛ اما فلز روی کریستال‌های بلوکی ایجاد نمی‌کند؛ بلکه در سراسر ترکیب پروتئینی به‌طور یکنواخت توزیع می‌شود. همین توزیع یکنواخت باعث تیزی لبه‌های دندان در مورچه‌ها می‌شود. البته فقط مورچه‌ها نیستند که دندان‌هایشان با پوشش فلزی تیز و برنده شده است. شوفیلد و تیمش دریافتند که کِرم‌های صدفی غول‌پیکر نیز آرواره‌هایی دارند که تا ۱۸ درصد فلز روی در آن‌ها وجود دارد.
به‌همین‌ترتیب، نیش عقرب و عنکبوت نیز از ترکیبی از اتم‌های روی و منگنز تشکیل شده که باعث می‌شود این نیش‌های بسیار ظریف و سوزنی‌شکل بدون شکستن، گوشت سخت را سوراخ کنند. شوفیلد و تیمش محاسبه کردند که اضافه‌شدن روی یا منگنز به اسکلت بیرونی بی‌مهرگان به‌طور میانگین ۶۰ درصد از نیروی موردنیاز برای سوراخ‌کردن مواد سخت را در آن‌ها کاهش می‌دهد. شوفیلد درپایان می‌افزاید: «از‌آنجا‌که فلز روی در‌برابر سایش مقاوم‌تر است، همین موضوع پس از مدتی تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند.»
نتایج این تحقیقات در شماره ۱ سپتامبر مجله Scientific Reports منتشر شده است.
نظرات