生物矿物中小角度错向韧性的趋同演化

生物体中最为坚硬的材料是生物生长的结晶矿物，即生物矿物，它们同时也具有惊人的抗断裂韧性。生物矿物的介观结构包括晶粒的尺寸、形状、空间排布和晶体取向，可在介观尺度（10纳米–10微米）上观测。本文表明，包括软体动物贝壳的珍珠层与棱柱层、珊瑚骨骼和海鞘骨针在内的多种生物矿物虽具有不同介观结构，却在介观尺度上趋同于相邻晶体间相似的小于30度的小角度错向。我们证明此类小角度错向是一种有效的增韧机制。结合介观结构的偏振依赖成像对比（PIC）映射与错向双晶的分子动力学（MD）模拟，我们揭示小角度错向可增强双晶韧性，从而解释了其为何独立而趋同地演化：防止断裂对多种生物而言是明确的演化优势。