Desain cangkang amonoid kuno yang canggih mungkin telah membantu mengontrol daya apung

Fossil Menuites oralensis dengan kulit luar dihilangkan untuk menunjukkan pola jahitan yang rumit. Penulis: David Peterman

Peneliti menggunakan model dengan pencetakan tiga dimensi untuk mempelajari model fraktal cangkang bagian dalam.

Amanoids, nenek moyang gurita, cumi-cumi, dan sotong saat ini, berguling dan mengalir melintasi lautan selama sekitar 340 juta tahun, dimulai jauh sebelum zaman dinosaurus. Jika Anda melihat fosil cangkang amyanoids selama 340 juta tahun ini, Anda akan melihat sesuatu yang aneh – seiring waktu garis bergelombang di dalam cangkang menjadi semakin kompleks, akhirnya menjadi kerawang hampir seperti tepi daun kubis.

Garis bergelombang ini disebut lapisan, dan mencerminkan kompleksitas tepi partisi atau dinding yang memisahkan ruang di cangkang amonoid. Sebelumnya, para peneliti telah berfokus pada peran struktur kompleks ini dalam melawan tekanan proyektil, tetapi para peneliti di Universitas Utah memberikan bukti untuk hipotesis yang berbeda. Mereka menemukan bahwa lapisan kompleks menahan lebih banyak cairan di bawah tegangan permukaan, yang dapat membantu amyanoids menyesuaikan daya apungnya. Hasilnya dipublikasikan di Laporan Ilmiah.

Fosil amon dan rekonstruksi komputer dicetak dalam 3D

Fosil amon bersama dengan rekonstruksi komputer dengan pencetakan 3D menunjukkan morfologi internal dan eksternal. Penulis: David Peterman

Karena kekurangan amyanoids yang hidup, para peneliti harus beralih ke metode lain untuk memahami fungsi struktur cangkang: model cetak tiga dimensi.

“Hipotesis ini tidak dapat diuji tanpa mampu membuat model yang sangat akurat dari fitur-fitur aneh ini,” kata David Peterman, penulis utama studi dan mahasiswa pascasarjana di Departemen Geologi dan Geofisika. “Model cetak tiga dimensi memungkinkan untuk menghasilkan dinding ruang yang sangat kompleks yang memiliki detail yang sebanding dengan hewan hidup.”

Meningkatkan kompleksitas

Meskipun amonoid sudah lama punah, kita dapat melihat kerabat jauh mereka, bilik ventrikel nautilus, untuk memahami cara kerja cangkangnya.

Jika Anda melihat penampang cangkang nautilus, Anda akan melihat bahwa cangkang dibagi menjadi beberapa ruang, yang masing-masing dibagi oleh dinding pemisah berbentuk cangkir – partisi. Garis jahitan adalah perpotongan dari partisi ini dengan dinding bagian dalam cangkang. “Jahitan paling awal pada dasarnya adalah garis lurus pada nenek moyang amonoid, seperti pada nautiloids,” kata Peterman. Dan seperti halnya jahitan dengan amonoid selama evolusi menjadi lebih kompleks dan kompleks, septa telah berevolusi menjadi lebih kompleks dan mirip fraktal. “Beberapa spesies,” katanya, “memiliki lapisan yang begitu rumit sehingga hampir tidak ada ruang kosong tersisa di mana partisi bertemu dengan cangkang.”

Jika amonoid telah mengembangkan lapisan kompleks dan septa sebagai hasil evolusi, mereka seharusnya memberikan keuntungan dalam kelangsungan hidup, bukan? Sebagian besar studi tentang amonoid berfokus pada hipotesis bahwa septa kompleks memberikan kekuatan cangkang. “Interpretasi fungsional mekanis biasanya menangani ketahanan terhadap stres,” kata Peterman, “dengan partisi yang lebih kompleks bertindak sebagai penopang.”

Model nautilus dan amonoid

Cangkang setengah potong dari “Nautilus” modern (kanan). Cangkang amon setengah potong yang dicetak (kiri). Model kamera dari studi saat ini dipotong untuk menunjukkan geometri internal (di atas). Penulis: David Peterman

Tetapi beberapa penelitian, katanya, telah menantang hipotesis itu. Hipotesis alternatif adalah bahwa permukaan partisi yang rumit dapat mengubah tegangan permukaannya, memungkinkan lebih banyak air menempel, dan meningkatkan pengisian ruang cangkang dengan air. Ini penting karena mekanisme inilah yang mengontrol daya apung amyanoids selama pertumbuhan, sebagai respons terhadap perubahan berat dan mungkin untuk gerakan vertikal.

Peterman, Associate Professor Kathleen Ritterbush, dan rekan mulai menguji hipotesis ini. Tetapi pertama-tama mereka membutuhkan beberapa partisi. Ruang amyanoid yang membatu biasanya diisi dengan lumpur atau mineral berlumpur, kata Peterman, yang membutuhkan pendekatan berbeda.

Pencetakan 3-D yang lalu

Dengan menggunakan simulasi virtual, para peneliti mengembangkan contoh permukaan partisi dengan berbagai ukuran dan tingkat kerumitan yang berbeda-beda. Pemodelan virtual, kata Peterman, memungkinkan produksi permukaan hipotetis. “Misalnya,” katanya, “salah satu lapisan yang paling sulit adalah dari cangkang Menuites oralensis, telah dihaluskan secara berulang untuk menyelidiki perbedaan dalam kompleksitas, menjaga volume ruang relatif dan bentuk cangkang konstan. “

Tim menambahkan lapisan selulosa teroksidasi microdispersed ke model untuk membantu air menempel ke permukaan. Cangkang nautilus memiliki lapisan serupa. “Meskipun nautilid adalah kerabat jauh amyanoids, dalam arti tertentu mereka berfungsi sebagai analog terbaik kami untuk fungsi cangkang ammoloid,” kata Peterman.

Menuites oralensis septum

Model virtual dari septum tunggal Menuites oralensis digunakan dalam penelitian ini untuk membuat model cetak tiga dimensi. Penulis: David Peterman

Proses percobaan relatif sederhana: timbang setiap model hingga kering, rendam dalam air, putar untuk mengalirkan air yang terkandung oleh gravitasi, lalu timbang lagi untuk melihat berapa banyak air yang tersisa, yang ditahan di bawah tegangan permukaan.

Tetapi hasilnya jelas menunjukkan bahwa struktur yang lebih kompleks mengandung lebih banyak air. Dan lipatan yang lebih kompleks sangat efektif menahan air dalam model yang lebih besar. Hasilnya menunjukkan, kata Peterman, bahwa permukaan partisi yang kompleks dapat membantu dengan kontrol daya apung yang lebih akurat dan proaktif. Ritterbush menambahkan bahwa mereka juga dapat memberikan keseimbangan yang lebih baik, ukuran dan bentuk yang lebih besar yang meningkatkan kecepatan.

Amanoids mencapai puncak kompleksitas jahitan sebelum mereka menghilang, bersama dengan dinosaurus, pada akhirnya Kapur. Hanya nautilid yang dijahit yang bertahan hidup, tetapi mungkin ada faktor lain selain kompleksitas jahitan yang memungkinkan mereka untuk bertahan hidup.

Penelitian mereka memberikan dasar untuk studi lebih lanjut tentang fungsi fisiologis ini beserta hubungannya dengan ekologi amonia. Perkembangan alur kerja komputasi canggih dan material cerdas pada akhirnya akan memungkinkan makhluk misterius ini “bangkit kembali” dengan model yang berfungsi.

“Meskipun kami tidak akan dapat menghidupkan kembali hewan seperti dinosaurus ini Jurassic Taman itu, kata Peterman, “simulasi dan eksperimen komputer semacam itu adalah hal yang paling mendekati untuk menghidupkan kembali cephalopoda yang penting secara ekologis ini.”

Informasi: 13 April 2021, Laporan Ilmiah.
DOI: 10.1038 / s41598-021-87379-5

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.