研究人員發現了什麼使深海龍魚牙齒透明

由加州大學聖地亞哥分校領導的一個研究小組發現了使深海龍魚的牙齒透明的原因。這種獨特的適應性，有助於將龍魚偽裝成獵物，這是因為它們的牙齒具有異常結晶的納米結構和非晶區域。該研究結果可為希望開發透明陶瓷的研究人員提供「生物吸入」。

研究人員在6月5日發表在Matter雜誌上的一篇論文中詳細介紹了他們的發現。

深海生物已經進化出一些令人著迷的適應性，例如生物發光，可以在低光下看到的眼睛，以及可以吞噬更大獵物的嘴巴。有些物種，如深海龍魚（Aristostomias scintillans），有透明的牙齒。

「據我們所知，這是一項改編，尚未詳細探討，」加州大學聖地亞哥雅各布斯工程學院材料科學博士生，該研究的第一作者奧黛麗·韋拉斯科 - 霍根說。「通過研究為什麼這些牙齒是透明的，我們可以更好地了解像龍魚這樣的深海生物以及它們在環境中生長的適應性。」

Velasco-Hogan解釋說，透明的牙齒以及黑暗的身體使得龍魚基本上對獵物不可見。由於這種偽裝，龍魚雖然體積小（長約15厘米）而且相對較慢，但卻是深海的頂級捕食者之一。

「他們大部分時間都是坐在他們的下顎周圍，等待一些東西來。他們的牙齒總是露出來，所以重要的是它們是透明的，這樣它們就不會反射或散射來自環境的任何生物發光光，」 Velasco-Hogan說。

為了解決龍魚牙科偽裝的奧秘，研究人員使用電子顯微鏡，聚焦離子束和納米壓痕測試的組合對牙齒的納米結構進行成像和分析。他們發現牙齒的外釉質層和內牙本質層都具有獨特的特徵。

釉質狀層由羥基磷灰石納米晶體組成，其結構以防止光從牙齒表面散射或反射的方式。牙本質層也以其自己的特定方式構造。它缺乏稱為牙本質小管的微觀通道，這是人類和其他動物牙齒的顏色。沒有小管也是使龍魚牙齒透明的原因。

「通常，牙齒不是納米結構的。它們往往具有微觀特徵，例如牙本質小管。從材料的角度來看，看到龍魚牙齒具有我們在其他牙齒中看不到的結構非常有趣，」Velasco-Hogan說。

「我還發現，實驗室和自然界中的材料之間存在著根本的相似性，這很有趣，」她補充道。「從實驗上來說，我們知道製作材料透明的方法是減少其粒度，使其成為納米結構。因此，要看到大自然如何實現透明度也是一個有趣的平行線。」

跨學科團隊合作

Velasco-Hogan是跨學科研究團隊的成員，他們是第一個詳細研究龍魚牙齒的研究人員。Velasco-Hogan對牙齒進行成像，對其透明度進行了表徵，並研究了它們的機械性能。她在加州大學聖地亞哥分校的納米工程和機械與航空航天工程系教授Marc Meyers的指導下工作。

「我的團隊一直在尋找自然界中的新材料來研究，」邁爾斯說，他的研究主要集中在仿生學上。「跨學科合作是我們工作的重要組成部分。當我們將來自不同背景的科學家聚集在一起時，我們可以通過單個實驗室無法單獨完成的方式推進我們領域的知識。」

他們與加州大學聖地亞哥分校Scripps海洋研究所的海洋生物學家Dimitri Deheyn合作，他研究生物發光和仿生學。Deheyn提出了研究的想法，收集了標本，進行了成像實驗，並對牙齒的透明度進行了表徵。

「利用最終的適應生物顯示特定的環境一直是技術創新的驅動力，龍魚也不例外，」Deheyn說。「從龍魚和大自然中總體上可以獲得廣泛的靈感，通過仿生學在生物學和工程學之間的這種攔截顯然是可持續創新的有利途徑。」

該團隊還參與了德國薩爾布呂肯萊布尼茨新材料研究所（INM）主任Eduard Arzt的實驗室。INM物理分析主管Marcus Koch用專業電子顯微鏡分析了牙齒的納米結構。INM物理分析部門的技術人員Birgit Nothdurft對標本進行了高度專業化的準備。

這項工作得到了空軍研究辦公室（授予FA9550-15-0009和FA9550-10-1-0555），德國洪堡基金會和新興科學技術倡議仿生學的支持。

（來源：加州大學聖地亞哥分校）

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