Американські хіміки пояснили механізм відновлення форми і механічних властивостей пошкоджених пташиних пір'їв у воді. Виявилося, що при гідратації пера в аморфну частину стрижня вбирається вода, яка призводить до набухання полімеру, розпрямлення кератинових волокон і відновлення початкової форми. За рахунок такого механізму перу вдається повернути до 80 відсотків від своїх початкових міцності і жорсткості, пишуть вчені в.
Основу будь-якого пташиного пера становить стрижень, нижня порожня частина якого - очин - служить для закріплення пера в шкірі птиці, а більш тонка і довга верхня частина несе на собі опахало, що складається з розгалуженої структури борідок, бородочок і гачочків. Очин відрізняється від решти стрижня: він має значно тонші стінки і еліптичний у перетині, тоді як у місці кріплення опахала переріз стрижня стає прямокутним, а його структура - більш щільною і твердою. Перо повністю складається з лід-кератину - білка, що являє собою зигзагоподібні поліпептидні ланцюги, пов'язані між собою водневими зв'язками. Ці білки об'єднуються в довгі нітрідні структури діаметром в кілька сотень нанометрів, з яких потім формуються мікрометрові волокна, пов'язані в міцні пластини. Для зв'язку окремих ниток і волокон між собою в матеріалі стрижня пера використовується аморфна пориста матриця з того ж лід-кератину.
Відомо, що механічні властивості лід-кератину досить сильно залежать від вологості, і нещодавно вчені виявили, що у водному середовищі деформоване перо може відновлювати свою форму і повертає собі початкові механічні властивості - жорсткість і міцність. Американські хіміки під керівництвом Марка Мейєрса (Marc A. Meyers) з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго уважно вивчили механізм такого відновлення і виявили, що до повернення перу його початкових форми і властивостей в результаті гідратації і подальшого висушування призводить вбирання води в аморфну кератинову матрицю.
У своїй роботі вчені досліджували пір'я капського грифа () - досить довгі, щоб можна було дослідити механічні характеристики його окремих ділянок. Виявилося, що гідратація пера (з подальшим висушуванням) дозволяє приблизно вдвічі збільшити жорсткість і твердість усіх пошкоджених ділянок стрижня пера (і очина, і тієї частини, на якій кріпиться опахало), піднявши їх в середньому з 40 відсотків до 80 відносно початкових значень. При цьому велика частина властивостей відновлюється таким чином і після багаторазових пошкоджень. Єдиний виняток - це міцність зовнішньої частини стрижня, яка містить більший відсоток аморфного кератину: після першого пошкодження вона відновлюється на 80 відсотків щодо свого початкового значення, а після п'ятого - тільки на 56 відсотків.
Механізм відновлення форми у воді виявився схожим на ті процеси, які відбуваються з композитними полімерними матеріалами з ефектом пам'яті. У вологих умовах вода поглинається тільки аморфною кератиновою матрицею, в результаті чого вона розм'якшується, розбухає і розпрямляє «погнуті» нановолокна, повертаючи їх у вихідний стан. При цьому перу повертаються і його механічні характеристики, втрачені в результаті пошкодження. Варто зазначити, що маса вбраної води становить всього близько напівпроцента від маси всього пера, проте цього виявляється достатньо для повного відновлення форми.
Щоб показати, що такий механізм дійсно можливий не тільки з точки зору фізико-хімічних процесів, пов'язаних з набуханням аморфних полімерних компонентів пера, але і з механічної точки зору, процес зміни форми стрижня пера вчені також підтвердили комп'ютерним моделюванням з використанням методу кінцевих елементів.
За словами авторів роботи, розуміння механізму заліковування механічних пошкоджень у природних матеріалах в майбутньому може допомогти при розробці штучних матеріалів, здатних самостійно відновлюватися після часткового руйнування при збільшенні вологості або у відповідь на інші зміни зовнішніх умов.
Складна структура пташиного пера не тільки надає перу потрібні механічні властивості, але може сильно впливати і, наприклад, на його оптичні властивості. Зокрема, нещодавно вчені виявили, що саме розгалужена структура пера деяких райських птахів з додатковою мікротекстурою на поверхні борідочок, дозволяє цим пір'ям поглинати практично все світло у видимому діапазоні і бути ще чорнішими, ніж більшість інших чорних пір'їв.