幾個世紀以來，研究人員一直對牡蠣如何在不規(guī)則形狀的沙?；蛩樾贾車L出驚人對稱的完美圓形珍珠感到困惑。現(xiàn)在，一個團隊已經(jīng)表明，牡蠣、貽貝和其他軟體動物使用復(fù)雜的過程來生長寶石，這些過程遵循自然界中常見的數(shù)學(xué)規(guī)則。
當刺激物被困在軟體動物體內(nèi)時，珍珠就會形成，而這種動物通過在珍珠周圍形成光滑的礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)層(統(tǒng)稱為珍珠層)來保護自己。根據(jù)10月19日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的一項分析，在這個不對稱中心上建造的每一層新珍珠層都精確地適應(yīng)了它之前的珍珠層，消除了不規(guī)則之處，從而形成了一顆圓形珍珠。
堪培拉澳大利亞國立大學(xué)的生物地球化學(xué)家勞拉·奧特(LauraOtter)說：“珍珠層是我們在某些貝殼內(nèi)部或珍珠外部看到的一種非常美麗、呈彩虹色、閃亮的材料。”
Otter和她的同事發(fā)現(xiàn)，一顆珍珠在鋪設(shè)珍珠層時的對稱生長依賴于軟體動物平衡兩種基本能力。它糾正了珍珠形成時出現(xiàn)的生長畸變，防止這些變異在珍珠的許多層上傳播。否則，生成的寶石將是不平衡的。
此外，軟體動物調(diào)節(jié)珍珠層的厚度，因此如果一層特別厚，后續(xù)層將相應(yīng)變薄(SN：3/24/14)。這有助于珍珠在其數(shù)千層中保持相似的平均厚度，使其看起來完美圓潤且均勻。如果沒有這種不斷的調(diào)整，珍珠可能類似于分層的沉積巖，放大了有損其球形的小瑕疵。
研究人員研究了從澳大利亞東部沿海珍珠養(yǎng)殖場的Akoya珍珠貝(Pinctadaimbricatafucata)中采集的keshi珍珠。他們使用金剛石線鋸將珍珠切割成橫截面，然后使用拉曼光譜拋光和檢查寶石，這是一種非破壞性技術(shù)，使他們能夠表征珍珠的結(jié)構(gòu)。對于論文中展示的其中一顆珍珠，他們計算了2,615層，沉積了548天。
分析表明，珍珠層厚度的波動表現(xiàn)出一種稱為1/f噪聲或粉紅噪聲的現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象中，看似隨機的事件實際上是相互關(guān)聯(lián)的。在這種情況下，不同厚度的珍珠層的形成可能看起來是隨機的，但實際上取決于前幾層的厚度。同樣的現(xiàn)象也在地震活動中起作用：地面的隆隆聲看似隨機，但實際上與之前最近的地震活動有關(guān)。粉紅噪音也出現(xiàn)在古典音樂中，甚至在監(jiān)測心跳和大腦活動時，密歇根大學(xué)安娜堡分校的材料科學(xué)家和工程師羅伯特霍夫登說。這些現(xiàn)象“屬于普遍的行為和物理學(xué)類別，”霍夫登說。
這是研究人員首次報告“珍珠質(zhì)自我修復(fù)，當出現(xiàn)缺陷時，它會在幾層內(nèi)自我修復(fù)，而無需使用外部支架或模板，”該研究所生物礦化研究的物理學(xué)家PupaGilbert說。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校沒有參與這項研究。“珍珠層是一種比我們之前所欣賞的更非凡的材料。”
Otter指出：“這些不起眼的生物正在制造超輕超堅韌的材料，比我們使用所有技術(shù)制造的材料更容易、更好。”珍珠質(zhì)僅由鈣、碳酸鹽和蛋白質(zhì)構(gòu)成，“比制造它的材料堅韌3,000倍”。
霍夫登補充說，這種對珍珠的新認識可能會激發(fā)“下一代超級材料”的靈感，例如更節(jié)能的太陽能電池板或優(yōu)化用于航天器的堅韌耐熱材料。
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