قد ينتمي الفكان المعدنيان الحيويان المذهلان لدودة البحر إلى فئة جديدة تمامًا من المواد

قد يمثل الفك المعدني لدودة البحر فئة جديدة تمامًا من المواد الطبيعية.

في لعبة التخمين الكلاسيكية “20 سؤالًا”، تخيل أنك تسأل “حيوان أم نبات أم معدن؟” للمساعدة في تضييق نطاق الإجابة.

لدودة البحر القديمة بيرينيريس كولتريفيرا (والتي لا تزال موجودة حتى يومنا هذا)، فإن الإجابة معقدة بشكل مدهش. هذا صِنف وغيرها من الديدان الخشنة المفترسة لها فك قوي مصنوع من بروتينات هيكلية مدمجة مع الأيونات. يستخدمون هذه الفكين لعض الطعام وسحقه واستهلاكه.

إن الفكوك غير عادية من حيث التركيب والأداء، لدرجة أن بعض العلماء اقترحوا اسمًا جديدًا لمواد مثلها: المعادن الحيوية. أصبحت دراستهم مجالًا ناشئًا في الفيزياء الحيوية.

ما الذي يجعل المادة معدنية حيوية؟

يصف مصطلح “المعدن الحيوي” أكثر من مجرد مادة بيولوجية تشبه المعدن ببساطة. سبق أن استخدمت الأدبيات العلمية عبارات مثل “المواد الحيوية الشبيهة بالمعادن” أو “المواد الحيوية ذات الخصائص الشبيهة بالمعادن” للإشارة إلى المواد الطبيعية التي تقترب من المعادن في القوة أو التوصيل الكهربائي.

ومع ذلك، يتم تعريف المعادن الحيوية من خلال مجموعة واسعة من الخصائص. وتشمل هذه الصلابة، والطريقة التي تستجيب بها المادة للإجهاد، وبنيتها الداخلية من البروتينات والأيونات.

قام باحثون من TU Wien (جامعة فيينا للتكنولوجيا) وجامعة فيينا بفحص السلوك الشبيه بالمعدن لفكي الدودة في محاولة لتحديد هذه الفئة المقترحة بشكل أكثر وضوحًا. ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في مراجعات الفيزياء الحيوية، بواسطة AIP للنشر.

تعمل الأيونات المعدنية على تقوية أطراف الفك

قام الفريق أولاً بقياس صلابة الفكين باستخدام تقنية النانو، وهي تقنية تقوم بضغط مسبار مجهري على المادة لتحديد مدى سهولة بلعها. لقد جمعوا هذه الاختبارات مع التحليل الكيميائي والتصوير التفصيلي.

ودعمت النتائج الأبحاث السابقة التي أظهرت أن أيونات المعادن تتركز بشكل أكبر عند أطراف الفكين مقارنة بمناطقها الوسطى. من المحتمل أن يساعد هذا التركيز الأكبر في جعل الأطراف صلبة بشكل خاص، مما قد يكون مفيدًا في عض الفريسة وسحقها.

ثم قام العلماء باختبار الفكين على عدة أعماق. ووجدوا تأثيرًا مدهشًا لوحظ أيضًا في معادن مثل النحاس والفضة، والمعروف باسم تأثير حجم التداخل النانوي Nix-Gao.

على المقاييس الأصغر، أصبح من الصعب ثني أجزاء من فك الدودة. ويحدث هذا بسبب تغير الانفعال بشكل أكثر حدة عبر منطقة أصغر، مما يؤدي إلى تشابك أكبر بين الاضطرابات في البنية الذرية للمادة. هذا السلوك هو السمة المميزة لتأثير الحجم.

خاصية المعادن العادية لا تشارك

على الرغم من أن الفكين يشبهان المعادن بعدة طرق، إلا أنهما يمتلكان أيضًا صفات ميكانيكية تجعل المعادن الحيوية مميزة.

قال المؤلف كريستيان هيلميتش: “أظهر الفك الدودي الخشن أيضًا مرونة تعتمد على الحجم – وهذه سمة مميزة للمعادن الحيوية عند مقارنتها بالمعادن البلورية القياسية مثل النحاس أو الفضة”.

وبعبارة أخرى، فإن قدرة الفك على الانحناء والعودة إلى شكله الأصلي تتغير أيضًا اعتمادًا على المقياس الذي يتم فحصه. لا تظهر المعادن البلورية التقليدية نفس السلوك.

استخدم الباحثون نماذج رياضية لشرح كيف يمكن أن تنشأ هذه التأثيرات المرنة غير العادية من العمليات التي تحدث على المستوى الذري. قال هيلميتش إنهم لا يخدشون سوى سطح هذا البحث، وهو ما يقصده التورية.

الطبيعة يمكن أن تلهم مواد جديدة

ويخطط الفريق الآن لفحص المزيد من الأنواع، وتوسيع الأدلة التجريبية المتاحة، وتحسين الإطار النظري وراء المعادن الحيوية. ويهتم الباحثون أيضًا بما إذا كانت التغيرات الجينية يمكن أن تغير بنية وأداء هذه المواد الطبيعية.

وقال: “نحن نخطط لتوسيع قاعدة البيانات التجريبية من خلال دراسة أنواع إضافية لتحسين المفهوم النظري وإجراء حسابات مخصصة، وربما الأكثر إثارة للاهتمام، لاستكشاف العلاقة بين التدخلات الجينية ومساحة تصميم المواد المقابلة”. “كل هذا يأتي مع الإثارة الحقيقية للجمال والأناقة والرقي الموجود في الطبيعة والتي تنتجها.”

المرجع: “”المعادن الحيوية”: المواد البيولوجية القديمة ذات تأثيرات حجم التسنن النانوي: تجارب وعناصر الميكانيكا الدقيقة المتعددة” بقلم لويس زيلايا-لاينز، فريدريش س. شوستر، ستيفان مانهارتسدير، ماكسيميليان لاندجر، كيوجيرو إن إيكيدا، فلوريان رايبل، أولاف لاهاين، ستيفان شاينر وكريستيان هيلميش، 14 يوليو 2026، مراجعات الفيزياء الحيوية.
دوى: 10.1063/5.0325367

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.