Bộ hàm đáng kinh ngạc của những con kiến ăn cỏ

Các loài chân đốt nhỏ bé như kiến, nhện và bọ cạp thường cắn, chích hoặc chọc thủng được những vật liệu cứng như gỗ và da.

Đó là một kỳ tích đáng chú ý, vì chúng ta có khi còn gặp khó khăn khi phải ăn quá nhiều thịt bò khô (chứ đừng nói đến một khúc vỏ cây).

Nghiên cứu mới đã làm sáng tỏ điều khiến một nhóm kiến tiều phu (Atta cephalotes) sở hữu lợi thế về răng miệng của chúng. Sử dụng kính hiển vi mạnh mẽ, các nhà khoa học đã phát hiện ra một mạng lưới các nguyên tử kẽm đan vào cấu trúc sinh học của hàm kiến, giúp chúng có độ bền của một bộ dao bằng thép không gỉ. Sự phân bố mượt mà của kẽm cho phép các cạnh răng của kiến tạo thành một điểm chắc chắn và giữ cho chúng sắc bén trong một thời gian dài.

Hàm của loài kiến khác với hàm của chúng ta.

Robert Schofield, nhà vật lý sinh học tại Đại học Oregon và là tác giả chính của nghiên cứu, nói với Live Science: “Những động vật nhỏ bé này, cơ bắp của chúng cực kỳ tí hon so với cơ bắp của chúng ta. Ông cho biết mánh khóe nằm ở việc kiến và các động vật chân đốt có miệng kim loại khác sử dụng những chiếc răng sắc nhọn của chúng để tác động một lượng lực chính xác phù hợp cho việc cắt xuyên qua lá hoặc lớp da”.

Schofield và nhóm của ông đã biết từ nghiên cứu trước đây rằng hàm của kiến chứa rất nhiều kẽm. Nhưng họ không biết chính xác các nguyên tử kim loại đó được sắp xếp như thế nào, và điều đó hỗ trợ cho việc cắn của chúng như thế nào.

Bằng cách kiểm tra cấu tạo vật chất của răng kiến tiều phu dưới kính hiển vi chùm tia ion trước và sau khi thực hiện hành vi cắn, các nhà nghiên cứu có thể tính toán độ cứng, độ sắc và độ bền của răng.

Hàm của loài kiến khác với hàm của chúng ta. Cristian Klunk, nhà sinh thái học tại Đại học Liên bang Parana, Brazil, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết: "Kiến không dựa nhiều vào bộ hàm của chúng cho việc tiêu thụ thức ăn".

Nhưng kiến sử dụng chúng cho hầu hết các nhiệm vụ khác, từ phòng thủ đến sửa chữa tổ, và vì vậy chúng cần phải giữ hàm ở trạng thái tốt nhất.

Răng của người được bao phủ bởi một lớp men răng, một vật liệu giàu canxi, là chất cứng nhất trong cơ thể con người. Nếu bạn quan sát một chút men răng dưới kính hiển vi điện tử, bạn sẽ nhận thấy các phân tử canxi và photphat tạo thành một ma trận tinh thể lớn xung quanh các nguyên tử cacbon, hydro và oxy.

Những tinh thể đó là thứ giữ cho răng chắc khỏe - nhưng chúng cũng là thứ giúp răng không sắc như dao cạo.

Ngược lại, những chiếc “răng” nhỏ, có răng cưa ở mép trong của bộ hàm kiến được phủ một lớp hỗn hợp mịn gồm các protein đan xen với kẽm. Vật liệu này, được gọi là “vật liệu sinh học nguyên tố nặng” (HEB), dễ dàng ngang ngửa với men răng của con người về độ bền.

Sự cường hóa bằng kim loại không chỉ dừng lại ở những chiếc răng kiến. Các động vật không xương sống khác cũng đan kẽm hoặc một kim loại tương tự, mangan, vào các bộ công cụ nhỏ bé của chúng. Schofield và nhóm của ông phát hiện ra rằng, những con giun ngao khổng lồ có bộ hàm với 18% là kẽm.

Tương tự như vậy, ngòi bọ cạp và nanh nhện sử dụng hỗn hợp các nguyên tử kẽm và mangan để bảo đảm rằng những cấu trúc mảnh mai, giống như cây kim này có thể đâm thủng lớp thịt dai mà không bị gãy.

Schofield và nhóm của ông tính toán rằng, việc bổ sung kẽm hoặc mangan vào bộ xương ngoài của động vật không xương sống đã giảm trung bình 60% lực mà chúng cần để đâm xuyên qua vật liệu cứng. Schofield cho biết: “Kẽm có khả năng chống mài mòn cao hơn sau một thời gian, điều đó trở thành một sự khác biệt rất lớn”.

Cập nhật: 25/09/2021 Theo GD&TĐ