by Bob Yirka , Phys.org
A francia, német és izraeli tagokból álló kutatócsoport megállapította, hogy a tengelyfonalakat alkotó fehérjék felelősek azért, hogy a tengeri szivacsok üvegvázakat fejlesztenek. A Science Advances nyílt hozzáférésű oldalon közzétett tanulmányukban a csoport leírja a tengeri élőlények vizsgálatát, azt, hogy mit találtak, és miért hiszik, hogy munkájuk előrelépést hozhat az új optoelektronikai eszközökben felhasználható anyagok létrehozásában.
A kutatók megjegyzik, hogy a tengeri szivacsok a Föld legősibb élőlényei közé tartoznak – a fosszilis feljegyzések szerint félmilliárd évesek. A kutatók azt is megjegyzik, hogy ez idő alatt úgy fejlődtek, hogy tüskés üvegszerkezeteket növesztettek, amelyek egyedi függelékeiket alkotják (furcsa módon nincsenek szöveteik vagy szerveik). Megjegyzik továbbá, hogy kevés kutatást végeztek annak jobb megértésére, hogyan alakulnak ki ezek a struktúrák a lény érése során, ami sajnálatos, mert nyilvánvaló, hogy ezt tüzes, forró kemencék nélkül teszik. Hogy megtudják, hogyan képesek a tengeri élőlények üvegszerkezeteket létrehozni, a kutatók a szivacsok három típusát vizsgálták meg, pontosabban azok jellegzetes tüskéit (tű alakú struktúráit).
A csapat röntgendiffrakciót és elektronmikroszkópot használt, hogy közelebbről is megvizsgálja a tüskéket és a tengelyes szálakat, amelyek körül kialakulnak. Ennek során a csoport megállapította, hogy a szálak hatszögletű kristályos szerkezetbe halmozott fehérjékből állnak. A kutatók megjegyezték, hogy a szerkezetek mindhárom általuk vizsgált szivacs esetében közel azonosak, bár mindegyiknek egyedi a tüskék alakja: a Thethyra aurantium esetében tűszerűek, a Stryphnus ponderosus esetében háromfelé ágazók, a Geodia cydonium esetében pedig tüskés gömbök. A csoport megállapította, hogy a kialakult formák közötti különbségek a fehérjék távolságának és elrendezésének köszönhetőek. Az üveg szilícium-dioxid lerakódások formájában létezik a tüskéken – a fehérje sablonként szolgál.
A kutatók szerint az élőlények további tanulmányozása hasonló mechanizmus kifejlesztéséhez vezethet az optoelektronikai eszközökben, a plazmonikában és talán a napelemekben felhasználható apró üvegalkatrészek előállításához.
További információ: Vanessa Schoeppler et al. Shaping highly regular glass architectures: A lesson from nature, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047
Abstract
Kutatók felfedezték, hogy a kristályszerű függelékek kialakulásának alapjául szolgáló fehérjék felelősek a különböző típusú, határozott alakú tüskék (vagy éles, tű alakú struktúrák) szimmetrikus növekedéséért a tengeri szivacsokban – az egyik legrégebbi többsejtű szervezetben, amelynek fosszilis emlékei több mint félmilliárd évre nyúlnak vissza. Azt mondják, hogy eredményeik betekintést nyújtanak abba, hogyan alakulnak ki a szimmetrikus struktúrák a biológiai szervezetekben, és potenciálisan alkalmazhatók olyan technológiákban, amelyek nanokristályos anyagokat használnak, mint például az ember alkotta szervetlen apró kristályok, amelyeket jelenleg különféle alkalmazásokban vizsgálnak. Az élő szervezetekben a kristályképződésben szerepet játszó mechanizmusok a mai napig nagyrészt ismeretlenek, ami arra késztette Vanessa Schoepplert és munkatársait, hogy tovább vizsgálják a szivacsok tüskéit alkotó, axiális filamentumoknak nevezett tüskés ágak háromdimenziós szerveződését. A szerzők a Demospongiae osztályba tartozó tengeri szivacsok három típusára összpontosítottak: a tű alakú strongyloxea (Tethya aurantium), a tetrapoda alakú dichotriaenes (Stryphnus ponderosus) és a hiper-elágazó gömböcskékkel rendelkező sterrasters (Geodia cydonium). Érdekes módon az eredmények azt mutatták, hogy a fonalakat alkotó fehérjekristályok diktálják a szivacsszálkák elágazó viselkedését. A szerzők rámutatnak, hogy bár a vizsgált szivacsok különböző alakú spiculumokat mutatnak, mindegyiküknek azonosak a tengelyes filamentum részét képező fehérjekristályokkal kapcsolatos jellemzői. Schoeppler és munkatársai megjegyzik, hogy további vizsgálatokra van szükség a filamentumok elágazásának szabályozásával kapcsolatban, hogy potenciálisan segíthessék az új anyagok jövőbeli fejlesztését például a napelemek, a plazmonika, az optoelektronika és az érzékelés számára
Journal information: Science Advances