厚い氷の層が形成され、閉塞と浮力が生じます。「過冷却された」塩水での着氷は、殻の硬い動物を脅かし、技術機器もいわゆる凍結付着の影響を受けます。しかし、この場合も、自然は問題に対する独創的な解決策を考え出した。南極産の貝類は、洗練された表面構造によって、凍りつく水中の世界で着氷から身を守っている、と研究者は報告している。この概念は、付着力の弱い氷の結晶のみが形成され、流れによって簡単に洗い流されることを意味します。この発見は、氷のない表面の開発に長期的に役立つ可能性があると科学者たちは述べています。
よく知られているように、氷の形成は非常に問題となる可能性があります。航空機の翼が氷結したり、太陽電池が霜で覆われたり、霜の付着物が可動要素に影響を与えたりすると、性能の低下や危険が生じるリスクがあります。氷点直下の温度を持つ、いわゆる過冷却水にも同じことが当てはまります。特定の要因により液体のままですが、局所的に氷が形成されることがあります。これは特に南極海域で顕著です。塩分が多いため、氷点下は約 -1.9 ℃ですが、水は通常約 0.05 ℃冷たくなります。したがって、この過冷却水中の砂粒や表面構造などの小さな乱れが、氷の結晶の形成を引き起こす可能性があります。
問題のあるクライオファウリング
これにより、物体や生物が水中で凍結することが可能になります。極地での輸送や測定装置やその他の技術装置の使用にとって、極地付着は重大な問題となっていますが、凍てつく水中世界の硬い殻を持つ生物も影響を受けます。氷の地殻がそれらをブロックしたり、水の抵抗や浮力の増加により引き裂いてしまったりするのです。 。しかし、マインツのマックス・プランク高分子研究所のコンラート・マイスター率いる研究者らが今回報告したように、南極ホタテガイのアダムシウム・コルベッキはこの問題に驚くほどうまく抵抗できるという。
南極での探検中に、マイスターはダイバーによってこの貝殻の存在を知りました。「彼らは、このタイプの貝殻の表面に氷があるのを見たことがないと報告しました」とマイスターは言います。したがって、これらの生物が進化の過程で、氷から身を守るための構造的特異性を発達させたのではないかと疑うのは当然のことです。軌跡を追跡調査するために、マイスターと彼の同僚は、アダムシウム・コルベッキの殻を詳しく観察し、さまざまなイガイの殻で着氷実験も実施しました。
彼らの報告によれば、顕微鏡検査により次のことが示された。温暖な地域のイガイの殻表面は不規則または滑らかであるが、南極産のイガイ種は非常に規則正しい微細な構造をしている。顕微鏡下では、イガイの上に放射状に走る小さな隆起が見られる。シェル、と研究者らは報告している。彼らのさらなる研究が示したように、これらの標高により、水は頂上で優先的に凍結しますが、「谷」ではそうではありません。凍結プロセスが続くと、連続した氷の層が形成される可能性がありますが、それはまだ尾根の上にあるだけです。
生物からインスピレーションを得た表面の可能性
これは、他の構造化された表面のような積極的な接続がないことを意味し、したがって氷とイガイの殻の間にはほとんど接着力がないことを意味すると研究者らは説明する。たとえ小さな水中の流れでも層が押し流され、ムール貝が凍結するのを防ぐことができます。さらなる実験でも、実際にこの効果が実証されています。研究チームは、アダムシウム・コルベッキと暖かい海洋地域で採れたイガイを使って着氷実験を実施しました。このことから、過冷却された南極海の住民の殻から氷の層を剥がすのに必要な力は、温水貝の場合よりはるかに少ない力で済むことが確認された。したがって、アダムシウム コルベッキは、その極端な生息地への高度な適応を開発しました。 「進化によって明らかにこの貝に有利な点が与えられたのは興味深いことです」とマイスター氏は言う。
研究者らが強調しているように、天然の特許は生物学的な観点から興味深いだけではない。長期的には、この発見は、生物学的にヒントを得た、ほとんど凍らない表面の開発に役立つ可能性がある。 「氷のないイガイの殻の知識から、バイオニクスの原理に基づいた新しい技術応用が考えられます。たとえば、非着氷面は極地輸送にとって非常に興味深いものになる可能性があります」と科学者は言います。
出典: Max Planck Institute for Polymer Research、専門記事: Communications Biology、doi: 10.1038/s42003-022-03023-6
