
世界上大約有22,000種蝸牛。它們中的大多數屬于腹足。Pulmonata,其中少數屬于前ythyroes。蝸牛具有腐爛的植物品質,并将卵産在土壤中。蝸牛分布廣泛,在古巴等熱帶島嶼上最常見,但也在寒冷地區(冬季咆哮)發現。樹栖物種顔色鮮豔,而鲈魚通常是單色的。非洲的Achatina屬是最大的,超過25厘米。一隻蝸牛特别特别,它的外殼含有硫化鐵納米顆粒,呈現出獨特的黑色金屬光澤。而且異常強壯,連子彈都刺不透,就是鱗片狀的腹蝸牛。
鱗角蝸牛于2001年在印度洋表面以下2000多米的海底首次被發現。已經發現了兩種鱗角腹蝸牛。生活在Kairei地區(位于西南印度洋海脊上)富含黑鐵,蝸牛殼具有磁性;在紙牌地區(位于印度洋中部的海脊上),這裡的蝸牛缺鐵,白色且無磁性。
盡管科學家在十多年前發現了鱗角松雞蝸牛,但直到2015年,研究人員才正式發表了該物種的生物學描述,并将其确定為Chrysomallon squamiferum。其中一個名字"Chrysomallon"來自古希臘語,意思是"金色的頭發",因為它們的外殼中的二氧化鐵是金色的;"squamiferum"這個名字來源于拉丁語,意思是"鱗片"。
鱗角蝸牛的頭部有兩條光滑的,逐漸變薄的觸手。他們沒有眼睛,也沒有專門的交接。它們的腹肌是紅色的,并且足夠大,可以完全縮回外殼。此外,它們不像其他蝸牛和蛞蝓那樣有上腳腺,也沒有上腳觸手。
鱗角腹足蝸牛的殼主要覆寫着二硫化鐵和磁性鐵礦。這些金屬來自富含礦物質的通風口。貝殼為蝸牛創造了一種天然的盔甲,以躲避捕食者,不僅可以保護自己,還可以傷害敵人的爪子。
研究發現,鱗角蝸牛的腹部覆寫着含鐵的鱗片,并具有不尋常的三層富鐵外殼,第一層為250微米厚(CaCo3)(一種常見的外殼材料),該層石結構被包裹在另一層150微米厚的糊狀有機層中,有機層還具有冷卻功能, 糊狀有機層的外層是蝸牛堅硬而薄的外層(約30微米厚)。
這些異常堅固的貝殼是如何生長的?研究發現,鱗角腹足蝸牛的殼并不像它自身生長那麼強壯,而是第二天在生活環境中不斷礦化的結果。當然,這種礦化過程與鱗角腹足蝸牛獨特的生理結構有關。
生物礦化過程在自然界中很常見,軟體動物通過生物礦化産生硬組織,用于骨骼支援和其他功能。這些硬組織通常存在于牙齒和骨骼中。
科學家将缺鐵的白色鱗片腹足蝸牛鱗片放置在深海黑煙熱液噴口黑角角腹蝸牛栖息地。然而,白色鱗角腹足蝸牛的鱗片沒有通過硫化鐵生物礦化而礦化,鐵原子含量不超過EDS分析的結晶極限。結果表明,礦化過程與鱗角腹足蝸牛的生理活性有關。
在鱗角腹蝸牛的鱗片中構成硫化物礦物質的鐵原子可能來自兩個來源:蝸牛的身體組織或周圍的海水。為了更多地了解蝸牛使用的來源,科學家們使用stem / EDS來研究黑色椎弓根的上皮分泌與新形成的鱗片之間的界面。電子能譜清楚地表明,新分泌的外殼含有硫,但不含鐵。鱗角腹足蝸牛組織中的硫含量低,含有可檢測的硫。如果硫化鐵納米顆粒中的鐵原子來自蝸牛的身體,那麼表面周圍鐵的積累和新形成的鱗片應該是可以觀察到的。是以,鐵原子不是來自蝸牛的身體,而是來自周圍的海水。鱗片分泌組織中硫的消耗和鱗片新形成部分的硫濃度表明,硫化鐵納米顆粒中的硫由動物提供,并在鱗片形成時沉積在鱗片中。
在皮下上皮分泌尺度的過程中,建構硫擴散通道樣品的穿孔并填充有機基質以促進硫離子的擴散。通過添加主要由有機底物組成的層,并且萜烯流體循環中的硫離子和未知氧化劑擴散到柱上來生長鱗片。鐵離子從水垢表面向内擴散,與色譜柱中的硫離子反應,形成硫化鐵。硫化鐵晶體的生長受柱有機基質調節産生納米顆粒,納米顆粒聚集的大小主要受柱結構直徑的限制。共存的硫化物可導緻硫化鐵和硫化物離子的化學轉化,然後被困在溝壁上形成富硫區域。富含鐵的礦物(即鐵離子)集中在表面周圍,因為其他條件保持不變。灰色晶體(Fe3S4)很容易在鱗片表面附近形成,導緻先前觀察到的三種不同化學類型的硫鐵的形成。
雖然已經對鱗角腹足蝸牛殼的形成進行了大量研究,并且已經獲得了殼形成過程的一些證據,但鱗角腹足蝸牛如何控制這一過程仍然是一個謎。目前有三個過程,包括一個非生物過程和兩個生物礦化過程,目前關于如何向鱗片腹足蝸牛注射硫化鐵納米顆粒的猜測。首先,非生物形成的納米顆粒可以摻入這些顆粒中,因為礦物納米顆粒是由熱液噴口本身産生的,作為流體溫度為315°C的高溫流動反應器;然後,這些納米顆粒可能會找到一種方法來達到這個規模 - 例如,通過結合分泌過程中的反應。其次,硫氧化物細菌大量存在于熱液噴口周圍,并且經常出現在動物的表面。細菌可能生物礦化硫化鐵,然後将其摻入鱗角腹蝸牛鱗片中。第三,無論是在鱗片中還是在鱗片下分泌的外皮層中,鱗腳蝸牛确實可以通過自身的生物轉化或生物控制來控制硫代己肽的礦化。
鱗角腹蝸牛殼的礦化機理适用于低溫和動态環境。雖然這個過程是由鱗角腹足蝸牛本身介導的,但一些實驗表明,通過這種機制形成硫化鐵納米材料并不需要活體動物的參與,隻要化學和實體架構(例如,鱗片浸泡在富含硫的區域)。這大大提高了其在未來工業過程中的實用性,而不僅僅是鐵納米顆粒。
深海有機物中異常材料的生物礦化為功能材料的低能耗制造提供了靈感。現在美國軍方正在為蝸牛奇怪的外殼結構開發一種新型的軍用裝甲。也許在不久的将來,仿生鱗角腹足蝸牛的軍事裝備或其他材料将會出現在現實中。