Research press release

魚の「防護具」を詳細に解明する

Nature Materials

The protective armour of fish

魚の体を保護する体表の鱗の設計原理を報告する論文が、Nature Materials(電子版)に掲載される。この知見は、人間の防弾衣の製作、そしてとりわけ魚が進化によって他の捕食動物の噛みつき攻撃に生き残った過程を解明するために応用できる。

個々の魚の鱗は、4層構造になっている。いずれの層にも補強効果があり、独特の方法で変形し、エネルギー散逸を行って、鱗の強度を高めている。ガノイン(硬鱗質)、デンティン(象牙質)、イソペディン、骨質の基底板の4層は、有機-無機ナノ複合材料によって構成されている。

C Ortizらの研究チームは、材料の機械的特性を調べるための方法を用いて、いちばん外側のガノイン層が最も硬く、「歯のような」鋭利な物体の貫入に対する耐性が最も高いことを見いだした。その下のデンティン層は、より軟らかく、塑性変形してエネルギーを散逸させる。イソペディン層は、合板のような構造で、より深い貫入に対する第2の防衛線となっている。

これら4層の並び順や厚さ、各層間の接合面は、いずれも機械的靱性と貫入抵抗を維持する上で重要な役割を果たしていることが判明した。その一方で、軽量性も保たれており、魚は軽快に動けるようになっている。

The design principles of the protective outer scales of fish are reported online this week in Nature Materials. This knowledge could be applied in the fabrication of human body armour, as well as provide an understanding of how fish evolved, in particular, to survive predatory biting attacks from other animals.

The individual scales of fish are made up of four distinct layers that all have a reinforcing influence and unique ways of deforming and dissipating energy to enhance the scales\\\' strength. The four layers - ganoine, dentin, isopedine and a basal bone plate - are made up of organic-inorganic nanocomposites.

With methods used to test the mechanical properties of materials, Christine Ortiz and colleagues found that the outer ganoine layer is the hardest and most resistant to sharp ‘teeth-like’ penetration. The underlying dentin is softer and dissipates energy via plastic deformation. The isopedine layer has a plywood-like structure, which provides a second line of defence for deeper penetration.

The sequence and thickness of the layers, and the junctions in between them, were all found to be critical in the preservation of mechanical toughness and penetration resistance, but maintain a low weight to ease the fish’s mobility.

doi: 10.1038/nmat2231

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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