為什麼鹿角能夠如此堅硬?科學家找到其中的關鍵

by:泥仔
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本文經授權轉載自友站科技新報文/ 林薏茹 

在動物的世界裡,經常得為了生存而互相打鬥,但卻有一種動物,在打鬥過後,獲勝的那方依然可以毫髮無傷的全身而退——頭上長著角的公鹿,他們堅硬的鹿角是打鬥時的最大武器,因此許多年來,科學家們始終相當好奇,到底為什麼鹿角能夠如此堅硬,而最近,科學家總算找到答案了。

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鹿群頭上大大的角,總是特別引人注目。

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堅硬的鹿角為公鹿身上最明顯的特徵,鹿角不但堅硬,還能應付嚴重的撞擊而不受傷害,且在打鬥時,光利用鹿角就能將敵人逼退以佔得上風,這項其他動物無法匹敵的特性,促使科學家想揭開鹿角堅硬之謎,先前曾有研究指出,鹿角中的水分含量可能為其中重要因素之一,但最近,來自英國倫敦瑪麗王后大學(Queen Mary University of London)的研究團隊宣稱,他們找到鹿角堅硬最根本的原因。

透過電腦模型與 X 光技術,研究人員發現鹿角結構的關鍵在於交錯排列的奈米纖維,使其能夠抵擋撞擊,再加上奈米纖維間,以非膠原性蛋白(non-collagenous protein)與礦物質連接,形成能夠吸收撞擊的物質狀態。

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圖拍攝於 2015年4月的美國雷斯岬國家海岸公園(Point Reyes National Seashore),加拿大馬鹿群輕巧地跳過柵欄尋找食物。當時發生旱災,農民希望可以設置圍欄限制鹿群的行動範圍,如此一來自家的牲畜就不需要跟牠們爭取食物,但這個想法遭到動物權益倡議者大力反對,有人指出,採取這個作法的公園已經害死了大量的加拿大馬鹿。

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研究共同作者 Ettore Barbier 博士表示,非膠原性蛋白的化學鍵可輕易分解並重新排列組合結構,這稱之為犧牲性接合層(sacrificial bond),當受到外力撞擊時,犧牲性接合層與礦物質間的連結便會重新排列,而交錯排列的奈米纖維,這時就負責減緩撞擊帶來的集中壓力,並使剪應力(shear stress)在纖維間有效傳送。

研究團隊表示,對於鹿角結構的新發現,未來可望應用於其他骨骼結構模型的研究上,而團隊目前打算利用對鹿角的了解,製造能夠以 3D 列印出來的抗撞擊材料,最終目標則是製作出能夠用於製造抗撞擊複合材料的添加物。


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參考資料:"Researchers rack up “tough" secrets from deer antlers"