螞蟻咬人怎麼那麼痛?加了「鋅」牙口更健康

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 07 日 10:12 | 分類 環境科學 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


螞蟻、蜘蛛、蠕蟲等小小一隻怎麼咬人那麼痛?先撇開是否有毒或剛好咬在「脆弱皮膚」,牠們的咬合力本來就相當驚人。最近美國科學家成功找出螞蟻一口好牙的祕密,可能是牠們大顎均勻分布鋅原子的關係。

螞蟻咬合力強大,好比俗稱「乾木白蟻」的白蟻取食木頭並住在裡面,是國外城市常見的害蟲;切葉蟻也能喀茲喀茲把葉片切下來,搬回巢裡培養真菌,牠們強而有力的下顎更有能力傷害人類的皮膚;但其實光一般「主動怪家蟻」黑頭慌蟻、中華單家蟻,叮咬人就很痛了。

「牠們的大顎不該那麼硬?」美國奧瑞岡大學和西北太平洋國家實驗室(PNNL)研究團隊認為,昆蟲下頜是由蛋白質和多醣聚合物甲殼素組成,甲殼素透過氫鍵交聯,產生甲殼素微纖維,若再與碳酸鈣混合,就會更堅韌,變成像龍蝦或螃蟹外殼的材料,那螞蟻的大顎甲殼素是加了什麼才會如此鋒利?

(Source:PNNL

答案可能是鋅,當甲殼素加入 8% 鋅時,就更堅硬、更有韌性。團隊研究專注螞蟻的牙齒,也就是「大顎齒」(mandibular teeth),團隊指出,這是在口腔外面緊密結合的鋅原子,大顎齒有 8% 都是鋅。

為了進一步挖掘螞蟻牙口好的祕密,團隊決定在原子尺度觀察螞蟻大顎,團隊透過原子探針斷層掃描(APT)研究,透過這種尺寸約十分之一奈米的材料分析技術,將針狀標本放置在雷射與高電壓脈衝下,原子從表面蒸發後,即可獲得 3D 空間成像和化學成分測量。

團隊發現,螞蟻大顎均勻分布鋅,而非預想集結小節(nodule ),研究指出,這種結構讓螞蟻的口器更鋒利,只要用相較人類牙齒 60% 或更少的力量,就可刺穿其他東西,同時也可以解釋為什麼節肢動物、甲殼動物、蠕蟲等生物都演化出大顎或類似工具。

透過研究,團隊也加以測量螞蟻大顎和其他小型動物捕獵工具的硬度、彈性、破裂能、耐磨性、耐衝擊性,看看未來能否學習螞蟻獵捕工具,透過仿生學提高材料硬度。奧瑞岡大學研究副教授 Robert Schofield 表示,工程師也能獲益,如螞蟻大顎添加鋅後,硬度會從原本塑膠程度提高到鋁,目前較硬的工程材料往往也面對易脆易碎的問題。

(首圖來源:pixabay

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