by Bob Yirka , Phys.org
Tutkijaryhmä, johon kuuluu jäseniä Ranskasta, Saksasta ja Israelista, on havainnut, että aksiaalisten filamenttien muodostamat proteiinit ovat vastuussa keinoista, joiden avulla merisienet kehittävät lasirunkoja. Ryhmä kuvailee Science Advances -julkaisusivustolla julkaistussa artikkelissaan merieläimiä koskevaa tutkimustaan, löytöjään ja sitä, miksi he uskovat työnsä voivan johtaa edistysaskeliin uusissa optoelektronisissa laitteissa käytettävien materiaalien luomisessa.
Merisienet, toteavat tutkijat, kuuluvat maapallon vanhimpiin eliöihin – fossiiliset löydökset osoittavat, että ne ovat puolen miljardin vuoden takaa. Tuona aikana, tutkijat huomauttavat myös, ne ovat kehittyneet kasvattamaan piikkimäisiä lasirakenteita, jotka muodostavat niiden ainutlaatuiset lisäkkeet (kummallista kyllä, niillä ei ole kudosta tai elimiä). He toteavat myös, että on tehty vain vähän tutkimusta sen ymmärtämiseksi, miten tällaiset rakenteet syntyvät olentojen kypsyessä, mikä on valitettavaa, koska on selvää, että ne tekevät sen ilman tulisia uuneja. Saadakseen selville, miten merieläimet kykenevät luomaan lasirakenteita, tutkijat tarkastelivat kolmea sienityyppiä ja tarkemmin sanottuna niiden erillisiä piikkejä (neulanmuotoisia rakenteita).
Työryhmä käytti röntgendiffraktiota ja elektronimikroskooppia tarkastellakseen lähemmin piikkejä ja aksiaalisia säikeitä, joiden ympärille ne muodostuvat. Tällöin ryhmä havaitsi, että filamentit koostuivat proteiineista, jotka oli pinottu kuusikulmaiseen kiderakenteeseen. Tutkijat huomasivat, että rakenteet olivat lähes samanlaisia kaikilla kolmella heidän tarkastelemallaan sienellä, vaikka jokaisella sienellä on ainutlaatuinen piikkien muoto: Thethyra aurantiumilla neulamaiset, Stryphnus ponderosuksella kolmiomaiset oksat ja Geodia cydoniumilla piikkimäiset pallot. Ryhmä havaitsi, että erot muodoissa johtuivat siitä, miten proteiinit oli sijoitettu ja järjestetty. Lasi on olemassa piidioksidikerrostumina piikkien päällä – proteiini toimii mallina.
Tutkijat ehdottavat, että olentojen tarkempi tutkiminen voi johtaa samanlaisen mekanismin kehittämiseen pienten lasikomponenttien valmistamiseksi optoelektronisissa laitteissa, plasmoniikassa ja kenties aurinkokennoissa käytettäväksi.
Lisätietoja: Vanessa Schoeppler et al. Shaping highly regular glass architectures: A lesson from nature, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047
Abstract
Tutkijat ovat havainneet, että kristallinkaltaisten lisäkkeiden muodostumisen taustalla olevat proteiinit ovat vastuussa erityyppisten selvästi muotoiltujen piikkien (tai terävien, neulanmuotoisten rakenteiden) symmetrisestä kasvusta merisienissä – yhdessä vanhimmista monisoluisista organismeista, joiden fossiiliset löydökset ovat yli puolen miljardin vuoden takaa. He sanovat, että heidän havaintonsa antavat tietoa siitä, miten symmetriset rakenteet kehittyvät biologisissa organismeissa, ja niitä voidaan mahdollisesti soveltaa teknologioihin, joissa käytetään nanokiteisiä materiaaleja, kuten ihmisen valmistamia epäorgaanisia pieniä kiteitä, joita tutkitaan parhaillaan erilaisiin sovelluksiin. Kiteiden muodostumiseen elävissä organismeissa liittyvät mekanismit ovat toistaiseksi vielä suurelta osin tuntemattomia, minkä vuoksi Vanessa Schoeppler ja kollegat tutkivat tarkemmin sienien sulkasäikeiden muodostavien aksiaalisiksi filamenteiksi kutsuttujen piikkihaarojen kolmiulotteista organisaatiota. Kirjoittajat keskittyivät kolmeen Demospongiae-luokkaan kuuluvaan merisienityyppiin: neulanmuotoiseen strongyloxeaan (Tethya aurantium), tetrapodinmuotoiseen dichotriaeniin (Stryphnus ponderosus) ja sterrastereihin (Geodia cydonium), joilla on hyperhaaroittuneita pallomaisia piikkejä. Mielenkiintoista oli, että tulokset osoittivat, että filamenttien muodostamat proteiinikiteet sanelevat sienen piikkien haarautumiskäyttäytymisen. Kirjoittajat huomauttavat, että vaikka tutkituilla sienillä on erimuotoisia piikkejä, niillä kaikilla on samanlaisia ominaisuuksia, jotka liittyvät aksiaaliseen filamenttiin kuuluviin proteiinikiteisiin. Schoeppler et al. toteavat, että filamenttien haarautumisen säätelyä on tutkittava lisää, jotta voidaan mahdollisesti ohjata uusien materiaalien tulevaa kehittämistä esimerkiksi aurinkokennoihin, plasmoniikkaan, optoelektroniikkaan ja anturointiin
Journal information: Science Advances