惊喜：蚂蚁有牙齿。下面是它们保持牙齿锋利的方法。

蚂蚁的牙齿是一种强大的工具。尽管蚂蚁牙齿的宽度还不到人类头发的宽度，但它们却能完成一些令人难以置信的切割壮举。现在，科学家们找到了原因：一层薄薄的重金属原子。

通过将材料科学的技术和工艺应用到生物学中，研究人员能够真正解构蚂蚁的牙齿。在此过程中，他们发现了锌原子，它使牙齿变硬、变锋利，就像刀片上的钻石粉末一样。研究人员于周四在《科学报告》杂志上发表了他们的研究成果。  

“随着我们揭示这些纳米级结构，我确信我们将发现以前不知道的自然界事物，”华盛顿州里奇兰太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的材料科学家、该论文的作者之一阿伦·德瓦拉杰 (Arun Devaraj) 说。

Devaraj 的研究重点是金属。人造金属可以供人类自行调整和微调，其设计已达到人类生活的极限。但 Devaraj 长期以来一直对金属的天然生物对应物感兴趣：这些材料经过漫长的进化，已经形成了令人印象深刻的特性。

德瓦拉杰说道：“我一直对大自然是如何设计这些东西很感兴趣。”

他说，这就是他开始与俄勒冈大学生物物理学家、论文第一作者罗伯特·斯科菲尔德合作的原因。斯科菲尔德长期研究无脊椎动物的“工具”，例如蚂蚁牙齿，也研究蜘蛛毒牙、蝎子爪子和蠕虫下颚等。在测量了这些工具的特性后，斯科菲尔德很清楚，它们的力量远比它们微小的尺寸所暗示的要大。他想进一步了解其中的原因。

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至少从 20 世纪 80 年代起，科学家就知道这种工具含有两种材料。第一种由钙和铁等元素组成，这些元素可能存在于牙齿或骨骼中。但第二种含有更令人惊讶的元素，如锌和锰。这些重金属的作用尚不明确，尽管它们同样常见。

以蚂蚁的牙齿为例，它的尖端逐渐变细，比灰尘颗粒还小。尖端原子的排列方式尚未被研究过。这正是 Devaraj 的专业知识发挥作用的地方。“在材料科学中，我们经常研究原子结构如何决定性质，”他说。

因此，斯科菲尔德的团队从俄勒冈大学的一个蚁群中提取了牙齿，并将它们送到了距离这里六个小时车程的太平洋西北国家实验室。在那里，德瓦拉杰和他的同事（包括博士实习生王晓月）提取了一个更小的样本，只有几个原子那么大。

对于该样本，Devaraj 和他的同事采用了一种称为原子探针断层扫描的技术。他们将样本放入真空室，然后逐个原子地开始蒸发样本。通过观察原子如何飞出，他们可以确定原子是什么以及它们来自样本的哪个位置。

这项技术原本是用来分析人造材料的。但通过将其用于这只蚂蚁的牙齿，研究人员能够确定哪些原子位于牙齿尖端的哪个位置。

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他们发现锌原子均匀分布在牙齿上，有助于使牙齿表面变硬，使牙齿尖端变尖。锌原子使蚂蚁在咬人时能够对猎物造成比乍看时更大的伤害，同时所需的力量更小，而且不会使工具变钝。

“人类工程师或许也能从这种生物学技巧中学到东西，”斯科菲尔德在一份声明中说道。“例如，蚂蚁牙齿的硬度在加入锌后从塑料硬度增加到铝硬度。虽然有更坚硬的工程材料，但它们通常更脆。”

随着我们更多地了解这些材料在蚂蚁等无脊椎动物中的作用，我们或许能够找到如何在现实生活中制造更好的材料。这就是为什么对于 Devaraj、Schofield 和他们的同事来说，这篇论文只是一个开始。他们计划在未来几年内进一步研究这一领域，而且不仅仅是在无脊椎动物中：他们怀疑他们可能会在从鳄鱼到恐龙的所有动物的牙齿中找到类似的磨刀材料。

“可能还存在我们尚未发现的其他材料，”Devaraj 说道。