por Bob Yirka , Phys.org
Un equipo de investigadores con miembros de Francia, Alemania e Israel ha descubierto que las proteínas que componen los filamentos axiales son las responsables de los medios por los que las esponjas marinas desarrollan esqueletos de vidrio. En su artículo publicado en el sitio de acceso abierto Science Advances, el grupo describe su estudio de las criaturas marinas, lo que encontraron y por qué creen que su trabajo podría conducir a avances en la creación de materiales para su uso en nuevos dispositivos optoelectrónicos.
Las esponjas marinas, señalan los investigadores, son algunas de las criaturas más antiguas de la Tierra: los registros fósiles muestran que datan de hace medio billón de años. A lo largo de ese tiempo, señalan los investigadores, han evolucionado hasta desarrollar estructuras de cristal con púas que conforman sus singulares apéndices (curiosamente, no tienen tejidos ni órganos). Además, señalan que se ha investigado poco para comprender mejor cómo surgen esas estructuras a medida que la criatura madura, lo cual es lamentable, porque está claro que lo hacen sin necesidad de hornos ardientes. Para saber cómo las criaturas marinas son capaces de crear estructuras de vidrio, los investigadores observaron tres tipos de esponjas y, más concretamente, sus distintas espículas (estructuras en forma de aguja).
El equipo utilizó la difracción de rayos X y un microscopio electrónico para observar de cerca las espículas y los filamentos axiales alrededor de los cuales se forman. Al hacerlo, el grupo descubrió que los filamentos estaban hechos de proteínas apiladas en una estructura cristalina hexagonal. Los investigadores observaron que las estructuras eran casi las mismas en las tres esponjas que examinaron, aunque cada una de ellas tiene formas de espícula únicas: en forma de aguja en el caso de Thethyra aurantium, de ramas triangulares en el de Stryphnus ponderosus y de orbes puntiagudos en el de Geodia cydonium. El equipo descubrió que las diferencias en las formas resultantes se debían al espaciado y la disposición de las proteínas. El vidrio existe como depósitos de sílice en la espícula -la proteína sirve de plantilla-.
Los investigadores sugieren que un mayor estudio de las criaturas podría conducir al desarrollo de un mecanismo similar para la fabricación de diminutos componentes de vidrio para su uso en dispositivos optoelectrónicos, plasmónicos y quizás células solares.
Más información: Vanessa Schoeppler et al. Shaping highly regular glass architectures: Una lección de la naturaleza, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047
Resumen
Los investigadores han descubierto que las proteínas que subyacen a la formación de apéndices similares a cristales son responsables del crecimiento simétrico de varios tipos de espículas con formas distintas (o estructuras afiladas en forma de aguja) en las esponjas marinas, uno de los organismos multicelulares más antiguos cuyo registro fósil data de hace más de 500 millones de años. Dicen que sus descubrimientos permiten comprender cómo se desarrollan las estructuras simétricas en los organismos biológicos y que pueden aplicarse a las tecnologías que utilizan materiales nanocristalinos, como los diminutos cristales inorgánicos fabricados por el hombre que se están explorando actualmente para diversas aplicaciones. Hasta la fecha, se desconocen en gran medida los mecanismos que intervienen en la formación de cristales en los organismos vivos, lo que llevó a Vanessa Schoeppler y sus colegas a investigar más a fondo la organización tridimensional de las ramas espinosas llamadas filamentos axiales que componen las espículas de las esponjas. Los autores se centraron en tres tipos de esponjas marinas de la clase Demospongiae: strongyloxea con forma de aguja (Tethya aurantium), dichotriaenes con forma de tetrápodos (Stryphnus ponderosus) y sterrasters (Geodia cydonium) con espículas esféricas hiperramificadas. Curiosamente, los resultados mostraron que los cristales de proteínas que componen los filamentos dictan el comportamiento de ramificación de las espículas de las esponjas. Los autores señalan que, aunque las esponjas estudiadas presentan espículas con formas diferentes, todas comparten características idénticas relacionadas con los cristales de proteínas que forman parte del filamento axial. Schoeppler et al. señalan que es necesaria una investigación adicional sobre la regulación de la ramificación de los filamentos, para ayudar potencialmente a guiar el futuro desarrollo de nuevos materiales para, por ejemplo, células solares, plasmónica, optoelectrónica y detección
Información de la revista: Science Advances