door Bob Yirka , Phys.org
Een team van onderzoekers met leden uit Frankrijk, Duitsland en Israël heeft ontdekt dat eiwitten die axiale filamenten vormen, verantwoordelijk zijn voor de manier waarop zeesponzen glasskeletten ontwikkelen. In hun paper gepubliceerd op de open access site Science Advances, beschrijft de groep hun studie van de zeedieren, wat ze vonden en waarom ze geloven dat hun werk zou kunnen leiden tot vooruitgang in de creatie van materialen voor gebruik in nieuwe opto-elektronische apparaten.
Zeesponzen, merken de onderzoekers op, zijn enkele van de oudste wezens op aarde-fossiele records tonen aan dat ze dateren van een half miljard jaar geleden. In die tijd, merken de onderzoekers ook op, hebben zij zich ontwikkeld om stekelige glasstructuren te laten groeien die hun unieke aanhangsels vormen (vreemd genoeg hebben zij geen weefsel of organen). Zij merken verder op dat er weinig onderzoek is gedaan om beter te begrijpen hoe dergelijke structuren ontstaan naarmate het schepsel rijper wordt, wat jammer is, want het is duidelijk dat zij dit doen zonder dat daarvoor vurig hete ovens nodig zijn. Om te weten te komen hoe de zeedieren in staat zijn om glasstructuren te creëren, keken de onderzoekers naar drie soorten sponzen en meer in het bijzonder naar hun verschillende spicules (naaldvormige structuren).
Het team gebruikte röntgendiffractie en een elektronenmicroscoop om de spicules en de axiale filamenten waaromheen ze zich vormen, van dichterbij te bekijken. Daarbij ontdekte de groep dat de filamenten waren gemaakt van eiwitten die in een zeshoekige kristallijne structuur waren gestapeld. De onderzoekers merkten op dat de structuren vrijwel gelijk waren voor alle drie de sponzen die zij bekeken, hoewel zij elk een unieke vorm van spicule hadden: naaldvormig voor Thethyra aurantium, driehoekige takken voor Stryphnus ponderosus en stekelige orbs voor Geodia cydonium. De verschillen in de resulterende vormen, zo ontdekte het team, waren te wijten aan de manier waarop de proteïnen waren verdeeld en gerangschikt. Het glas bestaat als afzettingen van silica op de spicula – het eiwit dient als sjabloon.
De onderzoekers suggereren dat meer studie van de wezens kan leiden tot de ontwikkeling van een soortgelijk mechanisme voor de fabricage van kleine glascomponenten voor gebruik in opto-elektronische apparaten, plasmonics en misschien zonnecellen.
Meer informatie: Vanessa Schoeppler et al. Shaping highly regular glass architectures: Een les uit de natuur, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047
Abstract
Onderzoekers hebben ontdekt dat eiwitten die ten grondslag liggen aan de vorming van kristalachtige aanhangsels verantwoordelijk zijn voor de symmetrische groei van verschillende soorten duidelijk gevormde spicules (of scherpe, naaldvormige structuren) in zeesponzen – een van de oudste meercellige organismen waarvan het fossielenbestand dateert van meer dan een half miljard jaar geleden. Zij zeggen dat hun bevindingen inzicht verschaffen in hoe symmetrische structuren zich ontwikkelen in biologische organismen en mogelijk kunnen worden toegepast op technologieën die gebruik maken van nanokristallijne materialen, zoals door de mens vervaardigde anorganische minikristallen die momenteel worden onderzocht voor een verscheidenheid van toepassingen. Tot op heden zijn de mechanismen die betrokken zijn bij kristalvorming in levende organismen nog grotendeels onbekend, wat Vanessa Schoeppler en collega’s ertoe aanzette om de driedimensionale organisatie van stekeltakken, axiale filamenten genaamd, waaruit de sponzen zijn opgebouwd, verder te onderzoeken. De auteurs richtten zich op drie soorten zeesponzen in de klasse Demospongiae: naaldvormige strongyloxea (Tethya aurantium), dichotriaenes (Stryphnus ponderosus) in de vorm van een viervoeter, en sterrasters (Geodia cydonium) met hypervertakte bolvormige spicules. Interessant is dat de resultaten aantonen dat de proteïnekristallen waaruit de filamenten bestaan, het vertakkingsgedrag van de sponsspicules dicteren. De auteurs wijzen erop dat de bestudeerde sponzen weliswaar verschillend gevormde spiculen vertonen, maar dat zij alle identieke kenmerken vertonen die verband houden met de eiwitkristallen die deel uitmaken van de axiale filamenten. Schoeppler et al. merken op dat bijkomend onderzoek naar de regulatie van de filamentvertakking noodzakelijk is, om mogelijk te helpen bij de toekomstige ontwikkeling van nieuwe materialen voor bijvoorbeeld zonnecellen, plasmonics, opto-electronics en sensing
Tijdschriftinformatie: Science Advances