یکی از ترسناکترین سختپوستان جهان تکامل یافته است تا ضربات مرگباری را به طعمه خود وارد کند بدون اینکه به بدن خود آسیب برساند — و اکنون، دانشمندان نشان دادهاند که چگونه. مطالعهای که در 6 فوریه در Science منتشر شد، نشان میدهد که اندام مشتزن میگو مانتیس — که به عنوان چماق انگشتی شناخته میشود — دارای یک ساختار چندلایه است که به آن اجازه میدهد امواج شوکی را که هنگام شکستن پوستههای نرمتنان یا سایر سختپوستان ایجاد میکند، جذب کند.
مارون ابی غانم، فیزیکدان مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه که در دانشگاه لیون فرانسه به مطالعه مواد زیستی میپردازد، میگوید این یافتهها میتواند الهامبخش طراحی مواد مصنوعی با خواص مفید باشد. این مواد میتوانند برای ساخت ایمپلنتهای جراحی مورد استفاده قرار گیرند که میتوانند انرژی را که از طریق بافت در طول سونوگرافی منتقل میشود، جمعآوری کنند، یا فیلترهای مکانیکی برای تلفنهای همراه و سایر لوازم الکترونیکی.
ساخت کیتین
ابی غانم و همکارانش چماق میگوی مانتیس طاووسی (Odontodactylus scyllarus)، گونهای بومی اقیانوسهای هند و آرام را تجزیه و تحلیل کردند.
اسکلت بیرونی چماق، که حاوی یک پلیمر طبیعی به نام کیتین و یک ماده معدنی حاوی کلسیم مشابه آنچه در استخوانها و دندانهای انسان وجود دارد، است، دارای سه لایه است. لایه میانی حاوی «ساختار بولیگاند» است: در این لایه، الیاف کیتین مانند دستههای مدادی که در جهتهای مختلف پخش میشوند، چیده شدهاند، به طوری که برخی به سمت لایههای بیرونی، برخی موازی با آنها و برخی در زوایای بین آنها قرار دارند. جهتگیری الیاف تصادفی نیست، اما به صورت دورهای تغییر میکند که هر 500 میکرومتر یا بیشتر تکرار میشود.
در سال 2015، محققان پیشنهاد کردند که این ساختار غیرمعمول الیاف کیتین — و به ویژه، تناوب — به چماق خواص جذب شوک میدهد. نظریه آنها این بود که این لایه از اسکلت بیرونی ممکن است به عنوان یک فیلتر برای گرفتن امواج شوک با بالاترین فرکانس، که خطرناکترین هستند، عمل کند و انرژی آنها را در انفجارهایی متمرکز کند که فقط نانوثانیه طول میکشند. ابی غانم میگوید: «اگر انرژی در یک مقیاس زمانی کوتاه متمرکز شود، مخربتر است. این انرژی مکانیکی باید به نحوی جذب شود، بنابراین به میگو نمیرسد و به آن آسیب نمیرساند.»
نویسندگان مقاله اخیر اکنون با استفاده از تکنیکی به نام فراصوت لیزری پمپ-پروب، درستی گفتههای آن محققان را ثابت کردهاند. آنها از یک لیزر برای تولید امواج با فرکانس بالا در یک نمونه از اسکلت بیرونی چماق و از لیزر دیگری برای اندازهگیری نحوه به دام افتادن آن امواج در لایه میانی استفاده کردند. ابی غانم میگوید: «دوره تناوب بسیار مهم است و از چرخش الیاف ناشی میشود. این دوره تناوب برای فیلتر کردن امواج الاستیک مگاهرتز عمل میکند.»
نیکولا پوگنو، دانشمند علم مواد در دانشگاه ترنتو ایتالیا، میگوید این کار تأیید میکند که ساختار بولیگاند در چماق مانتیس «به طور انتخابی» امواج شوک مضر را در طول ضربه فیلتر میکند. وی میافزاید، چنین مطالعاتی «پتانسیل بهرهبرداری از این طرحهای طبیعی برای کاربردهای فناوری را برجسته میکند.»
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-00386-8