カサガイの歯、クモの糸を抜いて自然界で最も強い物質と判明（2015年）
(smithsonianmag.com)- 英国の研究チームがカサガイ類の海産巻貝の歯を試験した結果、引張強度がほとんどのクモの糸より平均で約5倍高く、測定された天然物質の中で最も強かった
- 歯は、鉄を含む結晶である針鉄鉱（goethite）ナノファイバーをタンパク質基質が包み込む複合構造でできている
- 強度の上限はKevlarを大きく上回り、最高品質の炭素繊維と同程度だが、グラフェンのような最強クラスの人工材料には及ばない
- カサガイは筋肉質の足と分泌物により、1平方インチあたり75ポンドの力で岩に張り付き、歯舌（radula） に埋め込まれた歯で餌を摂取し、岩を削る
- ここで比較している基準は、引っ張ったときに切れにくい引張強度であり、圧縮強度や、引っかき・切断への抵抗である硬度とは区別する必要がある
カサガイの歯の構造と強度
- カサガイは波が打ちつける岩にしっかり張り付いて暮らす海産巻貝で、筋肉質の軟体動物の「足」と化学的分泌物を使い、1平方インチあたり75ポンドの力で密着できる
- 餌を食べるときは、複数の歯が並んだ舌である**歯舌（radula）**で岩を削る
- 実験では、この歯の材料はほとんどのクモの糸より平均で約5倍高い引張強度を示した
- 研究チームはこの強度を、スパゲッティ1本がそれぞれ1ポンドの砂糖袋約3,300個を支える水準にたとえた
- 炭素をダイヤモンドに変えるほどの圧力にも耐えられると紹介されたが、編集注では本文の比較基準が引張強度である点を別途明確にしている
- 歯は、鉄含有結晶である針鉄鉱ナノファイバーをタンパク質基質が包んだ構造である
- 測定範囲の上限はKevlarを大きく上回り、最高品質の炭素繊維と同程度である
- グラフェンをはじめとする最強クラスの人工材料よりは弱い
- 研究結果はJournal of the Royal Society Interfaceに掲載された
異なる材料特性と工学的活用
- 地球上の強い材料を広く比較すると、ダイヤモンドより強い人工ナノ材料があり、自然界にもダイヤモンドより大きな応力に耐える希少な材料が2種類ある
- wurtzite boron nitrateはダイヤモンドに似た原子配列を持ち、ホウ素と窒素で構成される
- lonsdaleiteは炭素でできているが、ダイヤモンドの立方構造とは異なり六方構造で、黒鉛を含む隕石が地球に衝突した際に生成されることがある
- lonsdaleiteはダイヤモンドより58%大きな応力に耐えられる
- ただし、wurtzite boron nitrateとの比較は引張強度ではなく、引っかきや切断に対する抵抗である硬度に関するものなので、カサガイの歯と同じ基準での順位として解釈すべきではない
- 硬く、強く、柔軟な材料は次世代の素材・構造物・機械の開発に有用であり、カサガイの歯の複合構造は新しいバイオミメティック材料の研究対象となっている
1件のコメント
Hacker News の意見
写真を見たいなら、この論文に良い資料が多い: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.10332
ナメクジの前に指を置くとかじろうとするが、紙やすりのようにざらつく感覚がなぜ生じるのか、ようやく分かった
「スパゲッティ1本が1ポンドの砂糖3,300袋を持ち上げるようなもの」という比喩より、中型乗用車と言ったほうがずっと明確だったはずだ
英国の読者になじみのある物で1,500kgをたとえたものだが、Smithsonian が単位を変換する際、米国人にはむしろなじみの薄い1ポンド入りの砂糖袋に変えてしまった。米国では1ポンド入りの砂糖袋はほとんど見たことがないが、英国では500g袋は少し小さめでも一般的だ
https://www.bbc.com/news/science-environment-31500883
https://www.sainsburys.co.uk/gol-ui/product/sainsburys-white...
重さと体積のどちらを基準にしているのか、ゆでて柔らかい状態なのか、乾燥していて折れやすい状態なのかも分からない。スパゲッティはサイズに対する引張強度を直感的に知っている物でもないので、何を可視化しようとしている比喩なのか理解しにくい
「1ポンドの砂糖3,300袋」のように袋の数で重さを伝えるより、現代的な乗用車1台と言ったほうがよい
Elisabeth Tova Bailey の The Sound of a Wild Snail Eating でカタツムリの歯を初めて知った
まれな感染症で神経系に異常が起き、何年もほぼベッドで過ごした女性が、友人が森から持ってきてベッド脇に置いてくれたカタツムリを観察し、公立図書館の本で軟体動物を深く探究していく、短く美しいノンフィクションだ。子どもに読んで聞かせた後、野原に寝転んでナメクジが植物を「チャクチャクチャク」と噛む音を実際に聞いてみたこともある
水槽でカタツムリを観察すると、ほとんど絶えず何かをかじっている。休むこともないその小さな歯をどうやって無事に保っているのかずっと不思議だったが、歯の構造と再生の仕組みがその答えだった
カタツムリの歯の写真を見たかった
元の研究論文は次のリンクにあり、記事本文中のリンクは切れている
https://royalsocietypublishing.org/rsif/article/12/105/20141...
この研究は2015年の論文で、2017年に圧縮強度と引張強度の違いに関する有用な訂正が追加された