アラパイマは世界最大の南水魚のひとつで、体長は最大 2 メートル、体重は 100 キログラムを超えることもあります。しかし、彼らは生息地であるアマゾン地域の栄養豊富な川を、あまり愉快ではない隣人であるピラニアと共有しています。しかし、これはアラパイマスを思いとどまらせるものではありません。それどころか、敏捷なバイターはメニューに常設されることさえあります。ただし、これには課題があります。なぜなら、ピラニアは非常に防御的で、危険にさらされていると思うと噛みつきます。そして、その大きさだけでは、彼らの歯のような攻撃から十分に保護することはできません。しかし、アラパイマは十分に武装しており、特に頑丈な鱗の鎧がピラニアの歯から身を守っています。ぎっしりと重なり合った鱗は、強力な噛みつきにも損傷することなく耐えます。
ローレンス・バークレー国立研究所のエリザベス・ジマーマン氏らは、「アラパイマの身を守る鱗は、特定の目的のために進化した生物学的物質の好例だ。この場合はピラニアの咬傷に対する防御だ」と説明する。この保護が十分に効果的であるためには、そのような材料は 2 つの特性を備えている必要があります。 歯の先端が貫通するのを防ぐのに十分な硬さでなければなりません。また、噛まれても壊れたり裂けたりすることなく、圧力に耐えるのに十分な柔軟性がなければなりません。研究者らは現在、アラパイマスの鎧がどのようにしてこれを達成しているのかをより詳細に調査した。これを行うために、彼らはシンクロトロンからの高度に加速されたX線をスケールアーマーの小片に照射して、その構造を分析しました。これにより、材料の分子構造に関する情報を提供する回折パターンが作成されます。これらの分析中、科学者たちはサンプルをさまざまな機械的ストレスにさらし、内部構造がどのように変化するかを確認しました。
ハードシェルと適応性のあるコア
結局のところ、アラパイマスの鎧の秘密は 2 つのことにあります。それは、素材の洗練された組み合わせと、保護層と繊維の特に柔軟な配置です。研究者らの報告によると、魚の鱗は2つの異なる層で構成されている。外側のものは厚さが0.5ミリメートルで、硬く、高度に鉱物化された殻を形成しています。 「これは深刻な変形を防ぎ、攻撃者の歯を折る可能性がある硬度を提供します」とジマーマン氏と同僚は説明する。ただし、ミネラル含有量が高いため、材料は脆くなります。しかし、ザラザラした表面と特殊な鱗の配置により、殻が壊れず、噛んだときに圧力が内側に伝わります。
内側の装甲層の厚さは約 1 ミリメートルで、はるかに柔軟です。それは、異なる方向のラメラで互いに隣り合ったり、重なったりしたコラーゲン線維で構成されています。ラメラに埋め込まれたナノクリスタルにより、柔軟性を維持しながら安定性が保たれます。実験では、このラメラ層が応力にどのように反応するかを示しました。「圧力が加えられると、ラメラはその配列を調整し、伸びて角度が変わります」と研究者らは報告しています。ほとんどの繊維は最も高い圧力の方向に動きますが、一部の繊維は反対方向に回転します。これらの変化により、材料は圧力の増加に対してますます大きな抵抗力を発揮します。同時に、亀裂の広がりも防ぐことができる、とジマーマン氏らは説明する。
「この水槽は、自然がどのようにして多機能な構造を発達させるのかを示す良い例です」と研究者らは述べています。この場合、装甲倉庫の構造により、柔軟性を損なうことなく貫通を確実に防ぐことができます。
