par Bob Yirka , Phys.org
Une équipe de chercheurs comprenant des membres de France, d’Allemagne et d’Israël a découvert que les protéines qui composent les filaments axiaux sont responsables du moyen par lequel les éponges de mer développent des squelettes de verre. Dans leur article publié sur le site en libre accès Science Advances, le groupe décrit leur étude des créatures marines, ce qu’ils ont trouvé et pourquoi ils pensent que leur travail pourrait conduire à des avancées dans la création de matériaux utilisés dans de nouveaux dispositifs opto-électroniques.
Les éponges de mer, notent les chercheurs, sont parmi les plus anciennes créatures sur Terre – les archives fossiles montrent qu’elles remontent à un demi-milliard d’années. Au cours de cette période, les chercheurs notent également qu’elles ont évolué pour faire pousser des structures de verre hérissées qui constituent leurs appendices uniques (curieusement, elles n’ont pas de tissus ou d’organes). Ils notent également que peu de recherches ont été menées pour mieux comprendre comment de telles structures apparaissent au fur et à mesure que la créature mûrit, ce qui est regrettable, car il est clair qu’elles le font sans avoir besoin de fourneaux brûlants. Pour apprendre comment les créatures marines sont capables de créer des structures de verre, les chercheurs ont examiné trois types d’éponges et plus particulièrement leurs spicules distincts (structures en forme d’aiguille).
L’équipe a utilisé la diffraction des rayons X et un microscope électronique pour examiner de plus près les spicules et les filaments axiaux autour desquels ils se forment. Ce faisant, le groupe a découvert que les filaments étaient constitués de protéines empilées dans une structure cristalline hexagonale. Les chercheurs ont noté que les structures étaient presque les mêmes pour les trois éponges étudiées, bien que chacune ait une forme de spicule unique : en forme d’aiguille pour Thethyra aurantium, de branches à trois voies pour Stryphnus ponderosus et d’orbes en épi pour Geodia cydonium. L’équipe a découvert que les différences de formes résultantes étaient dues à la façon dont les protéines étaient espacées et disposées. Le verre existe sous forme de dépôts de silice sur le spicule – la protéine sert de modèle.
Les chercheurs suggèrent qu’une étude plus poussée de ces créatures pourrait conduire au développement d’un mécanisme similaire pour la fabrication de minuscules composants en verre utilisés dans les dispositifs optoélectroniques, la plasmonique et peut-être les cellules solaires.
Plus d’informations : Vanessa Schoeppler et al. Shaping highly regular glass architectures : Une leçon de la nature, Science Advances (2017). DOI : 10.1126/sciadv.aao2047
Abstract
Des chercheurs ont découvert que les protéines sous-jacentes à la formation d’appendices cristallins sont responsables de la croissance symétrique de divers types de spicules de forme distincte (ou structures pointues en forme d’aiguille) chez les éponges marines – l’un des plus anciens organismes multicellulaires dont le dossier fossile remonte à plus d’un demi-milliard d’années. Les chercheurs affirment que leurs résultats permettent de comprendre comment les structures symétriques se développent dans les organismes biologiques et peuvent potentiellement être appliqués aux technologies qui utilisent des matériaux nanocristallins, comme les minuscules cristaux inorganiques fabriqués par l’homme, actuellement en cours d’exploration pour diverses applications. À ce jour, les mécanismes impliqués dans la formation des cristaux chez les organismes vivants sont encore largement inconnus, ce qui a incité Vanessa Schoeppler et ses collègues à étudier plus avant l’organisation tridimensionnelle des branches épineuses appelées filaments axiaux qui constituent les spicules des éponges. Les auteurs se sont concentrés sur trois types d’éponges marines de la classe des Demospongiae : les strongyloxea (Tethya aurantium) en forme d’aiguille, les dichotriaenes (Stryphnus ponderosus) en forme de tétrapode et les sterrasters (Geodia cydonium) aux spicules sphériques hyper-ramifiés. De manière intéressante, les résultats ont montré que les cristaux de protéines qui composent les filaments dictent le comportement de ramification des spicules d’éponge. Les auteurs soulignent que si les éponges étudiées présentent des spicules de formes différentes, elles partagent toutes des caractéristiques identiques liées aux cristaux de protéines qui font partie du filament axial. Schoeppler et al. notent que des recherches supplémentaires sur la régulation de la ramification des filaments sont nécessaires, pour potentiellement aider à guider le développement futur de nouveaux matériaux pour, par exemple, les cellules solaires, la plasmonique, l’optoélectronique et la détection
Informations sur le journal : Science Advances