【ミクロの世界を見てみよう】サメの歯の強さを解き明かす
サメというと生涯で何度も歯を生やして入れ替えるのは有名ですが、その歯の強さの秘密について知っている人は少ないでしょう。
今回は、そんなサメの歯の強さについて研究した論文を紹介したいと思います。
ちょっと変わったポートジャクソンネコザメ
おそらく多くの方が知っているのはホオジロザメやジンベイザメといった有名なものだと思いますが、今回注目しているのはポートジャクソンネコザメというちょっと変わったサメの一種です。
どうやらこのサメは歯が入れ替わり方が変わっていて、ベルトコンベアのように奥から新しい歯が流れてくるようです。
それだけでも面白い特徴ですが、それ以上に歯のミクロな構造が興味深いということで研究対象になっていました。
ポートジャクソンネコザメの歯の特徴
研究グループはX線CTを使ってポートジャクソンネコザメの歯の構造を調べました。その結果、歯の尖っている大部分がエナメル層に相当するエナメロイドで構成されていることがわかりました。
歯の基本的な構造を見てみるとエナメル質（エナメロイド）と象牙質で構成されていますが、ポートジャクソンネコザメの場合は象牙質は歯の根元の部分だけだったようですね。
これは一般的なサメよりも象牙質が少なくてエナメロイドが多いという結果だったようです。
ちなみに、エナメル層（エナメロイド）の大部分を示すのはヒドロキシアパタイトと呼ばれる結晶なんですが、ポートジャクソンネコザメの場合は他の生物よりも純度の高いヒドロキシアパタイトだったようです。論文ではまるで鉱物のような状態だったと書かれています。
さらに研究グループはこのエナメロイドの微細な構造について詳細に調べました。
もうX線CTで見たいんだから、それ以上に何を見るの？と思いますよね。エナメル質（エナメロイド）には変わりないのですが、それを詳しく観察してみると微細な繊維のような構造が見えてきます。
実はこの微細な繊維構造が歯の強さに影響を与えているということらしいんです。それではもう少し具体的に見ていきましょう。
3層構造の歯でより強く
ポートジャクソンネコザメの歯のエナメロイドは大きく分けて3層になっています。
一番表面の層はきれいに繊維が並んでおり、中間層は少し斜めに繊維が入り組んでいます。さらに歯の中心に当たる一番奥の層では繊維がランダムに絡み合った構造をしているようです。
さて、この3層構造がどうして歯の強さに関わってくるのでしょうか。
これは歯にかかるストレスの方向が関係してきます。
当然、サメが食事をするときには、歯にも力（ストレス）がかかります。
例えば、歯に対して真っ直ぐ垂直に力が加わったとしましょう。すると、最表層のきれいに並んだ繊維ではまっすぐ亀裂が入ります。これは何となく想像がつきますよね。
一方で歯ブラシでこするように繊維に対して横向きの力が歯にかかったとしましょう。すると最表層では剥離が生じます。これも何となくわかるのではないでしょうか。
ここで重要になってくるのは中央の繊維がランダムに絡み合った層です。ここでは垂直方向・横方向のどちらの力が加わっても特定の方向に対する亀裂や剥離が発生しません。
そして、この表面と中央で力に対する応答が異なるというのが重要なポイントになってきます。もし仮に中央まで全部きれいに繊維がならんだ構造をしていたら、最表面で生じた亀裂や剥離の影響が歯の中央部まで進展してしまいます。
このように構造の均一性があることで、全体としての強度を上げるというのは、航空機やロケットに使用される炭素強化繊維プラスチック（CFRP）と広義には同じなんですね。
人間が蓄積した科学を自然界は知らないうちに実践しているというのも面白いのではないでしょうか。
最後に
今回は世にも奇妙なポートジャクソンネコザメの歯の強さの秘密について紹介しました。
こんな不思議なサメがいることにも驚きですが、その歯の微細な構造はさらに面白いと思いました。そして確かにNature コミュらしいしっかりした検証も勉強になりました。
やはり、トップ層のジャーナルは読みごたえのある論文が多いですね。一説に、Natureコミュは料金が高いみたいな話を聞きましたが、掲載料に関わらずレベルは高いと思いましたね。
参考文献
Shape-preserving erosion controlled by the graded microarchitecture of shark tooth enameloid
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