Nationalgeographic.co.id-Untuk hinggap pada rusa, kutu pertama-tama harus menembus kulit yang tebal dan berbulu. Semut pemotong daun dengan mudah menggerogoti daun tropis yang keras. Dan kalajengking menggunakan ekornya untuk menyuntikkan racun ke mangsanya yang beberapa kali lebih besar dari dirinya.
Keajaiban seperti itu telah lama menggelitik fisikawan Universitas Oregon Robert Schofield. Bagaimana makhluk kecil ini memberikan pukulan yang begitu besar?
Jawabannya, menurut makalah barunya yang diterbitkan di Scientific Reports, terletak pada struktur yang sangat atomik dari tubuh mereka.
Para ilmuwan sudah tahu bahwa rahang, taring, dan sengat dari beberapa spesies invertebrata mengandung sejumlah besar logam berat, seperti seng, tembaga, dan mangan—hingga 20 persen berat pada beberapa spesies. Tapi mereka tidak tahu bagaimana logam terkait dengan protein tahan lama yang juga ditemukan di bagian tubuh invertebrata tersebut.
Dengan menganalisis protein dan logam berat pada tingkat molekuler, Schofield dan rekan mempelajari bahwa atom logam individu terhubung ke dalam protein untuk menciptakan material komposit yang kuat dan tahan lama, yang mereka juluki sebagai biomaterial elemen berat.
“Sangat hebat bahwa penambahan logam ini membuat alat-alat tersebut lebih tahan lama,” kata Stephanie Crofts, ahli biologi di College of the Holy Cross di Massachusetts yang tidak terlibat dalam makalah ini. "Studi ini adalah pandangan yang bagus tentang bagaimana ini terjadi di berbagai organisme, dan mungkin lebih umum daripada yang kita pikirkan."
Kemungkinan juga, Crofts menambahkan, bahwa biomaterial elemen berat seperti itu dapat menginspirasi para insinyur menciptakan produk baru, seperti ponsel yang lebih kecil dan perangkat medis yang lebih kuat.
Baca Juga: Sarang Ribuan Lebah Raksasa Asia Dimusnahkan di Amerika Serikat
LEBIH KUAT DARI BIOMATERIAL
Tentu saja, hewan telah berevolusi dengan cara lain untuk membentuk bahan alami yang kuat. Dikenal sebagai biomineralisasi, proses luas ini terjadi ketika protein dalam tubuh hewan membungkus kristal mineral besar, seperti pada tulang atau beberapa kulit kerang. Tulang adalah campuran kuat dari mineral (kebanyakan kalsium karbonat) dan protein yang memberikan kerangka hewan dengan fleksibilitas yang diperlukan, peregangan dan penyempitan jauh melampaui apa yang bisa dilakukan oleh kedua bahan itu sendiri.
Tetapi biomineralisasi memiliki batasnya: Pertimbangkan kulit kerang, yang dapat dengan mudah pecah. “Menciptakan sesuatu yang tajam dengan biomineral akan seperti membuat pisau dari batu bata,” kata Schofield, yang telah mempelajari rahang dan cakar invertebrata sejak seekor semut merayap di lantai kantornya pada akhir 1980-an—kantor yang sama yang ia tempati sekarang.
Biomineral bukanlah jawaban bagi banyak invertebrata, karena mereka membutuhkan bagian tubuh yang tajam dan kokoh yang dapat menahan penggunaan terus-menerus. Sebuah sengat yang mudah hancur, misalnya, akan menjadi hukuman mati untuk kalajengking. Jadi mereka menemukan cara lain, kata Schofield.
Baca Juga: Sengatan Kalajengking untuk Redakan Nyeri, Berani Mencobanya?
PERPADUAN KUAT LOGAM DAN PROTEIN
Untuk studi terbarunya, Schofield dan rekan dari Pacific Northwest National Laboratory dan Oregon State memeriksa bagian tubuh semut, laba-laba, kalajengking, moluska, dan sejenis cacing laut. Tim menguji sifat mekanik bagian ini dan membedahnya atom demi atom.
Mereka menemukan bahwa logam berat, seperti seng dan mangan, didistribusikan secara merata ke seluruh bagian tubuh invertebrata, tidak seperti materi di tulang dan biomineral lainnya. Struktur atom ini memungkinkan bagian tubuh menjadi lebih tajam dan mengalami lebih banyak fungsi daripada jika protein tidak memiliki logam.
Menurut perhitungan tim, biomaterial elemen berat memiliki manfaat penghematan biaya lainnya: Semut menggunakan energi 60 persen lebih sedikit untuk memotong daun daripada jika tidak memiliki struktur atom ini.
Baca Juga: Pelajaran Sains Semut: Seberapa Kuat dan Tajam Gigi-gigi Semut
Schofield masih memiliki banyak pertanyaan, seperti apakah bahan-bahan yang keras secara alami ini berevolusi sekali atau berkali-kali di berbagai kelompok invertebrata yang berbeda, dari krustasea hingga kelabang.
Sementara itu, penemuan tersebut dapat menciptakan potensi baru untuk peralatan manusia, kata Crofts.
Misalnya, para insinyur selalu mencari strategi yang lebih baik untuk membuat objek yang kecil tetapi tidak mudah pecah, seperti ponsel cerdas dan perangkat medis yang dapat dipakai seperti pompa insulin.
Membuat alat dengan susunan atom protein dan logam berat yang sama dapat menghasilkan produk yang ringan, kuat, dan tahan terhadap penggunaan sehari-hari, kata Crofts—contoh lain tentang bagaimana alam tahu yang terbaik.