by Bob Yirka , Phys.org
Zespół naukowców z Francji, Niemiec i Izraela odkrył, że białka tworzące filamenty osiowe są odpowiedzialne za sposób, w jaki gąbki morskie rozwijają szklane szkielety. W swoim artykule opublikowanym na stronie z otwartym dostępem Science Advances, grupa opisuje swoje badania nad morskimi stworzeniami, co znalazła i dlaczego uważa, że ich praca może prowadzić do postępu w tworzeniu materiałów do wykorzystania w nowych urządzeniach optoelektronicznych.
Gąbki morskie, zauważają naukowcy, są jednymi z najstarszych stworzeń na Ziemi – zapisy kopalne pokazują, że sięgają one pół miliarda lat wstecz. W tym czasie, zauważają badacze, ewoluowały one w kierunku wzrostu kolczastych struktur szklanych, które tworzą ich unikalne wyrostki (co dziwne, nie mają one tkanek ani organów). Dalej zauważają, że niewiele badań zostało zrobionych, aby lepiej zrozumieć, jak takie struktury pojawiają się w miarę dojrzewania stworzenia, co jest niefortunne, ponieważ jest jasne, że robią to bez potrzeby ognistych gorących pieców. Aby dowiedzieć się, jak stworzenia morskie są w stanie tworzyć struktury szklane, badacze przyjrzeli się trzem typom gąbek, a dokładniej ich wyraźnym spiculom (struktury w kształcie igieł).
Zespół użył dyfrakcji rentgenowskiej i mikroskopu elektronowego, aby przyjrzeć się bliżej spiculom i osiowym włóknom, wokół których się tworzą. W ten sposób grupa odkryła, że filamenty zostały wykonane z białek ułożonych w sześciokątną strukturę krystaliczną. Badacze zauważyli, że struktury te były niemal identyczne dla wszystkich trzech badanych gąbek, choć każda z nich ma unikalne kształty gąbek: igiełkowate dla Thethyra aurantium, trójkątne rozgałęzienia dla Stryphnus ponderosus i kolczaste kulki dla Geodia cydonium. Różnice w uzyskanych kształtach, jak ustalił zespół, wynikały z tego, jak rozmieszczone i ułożone były białka. Szkło istnieje jako depozyty krzemionki na spiculi – białka służą jako szablon.
Badacze sugerują, że dalsze badania nad stworzeniami mogą doprowadzić do opracowania podobnego mechanizmu wytwarzania maleńkich szklanych komponentów do wykorzystania w urządzeniach optoelektronicznych, plazmonice i być może ogniwach słonecznych.
Więcej informacji: Vanessa Schoeppler et al. Shaping highly regular glass architectures: A lesson from nature, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047
Abstrakt
Badacze odkryli, że białka leżące u podstaw tworzenia kryształopodobnych wyrostków są odpowiedzialne za symetryczny wzrost różnego rodzaju wyraźnie ukształtowanych spiculi (lub ostrych, igiełkowatych struktur) u gąbek morskich – jednych z najstarszych organizmów wielokomórkowych, których zapis kopalny pochodzi sprzed ponad pół miliarda lat. Ich odkrycia dostarczają wglądu w to, jak symetryczne struktury rozwijają się w organizmach biologicznych i potencjalnie mogą być zastosowane w technologiach wykorzystujących materiały nanokrystaliczne, takie jak wytwarzane przez człowieka nieorganiczne drobne kryształy, które są obecnie badane pod kątem różnych zastosowań. Jak dotąd mechanizmy związane z tworzeniem kryształów w organizmach żywych pozostają w dużej mierze nieznane, co skłoniło Vanessę Schoeppler i współpracowników do dalszego zbadania trójwymiarowej organizacji kolczastych gałęzi zwanych filamentami osiowymi, które tworzą spikule gąbek. Autorzy skupili się na trzech typach gąbek morskich z klasy Demospongiae: igiełkowatych strongyloxea (Tethya aurantium), tetrapodokształtnych dichotriaenach (Stryphnus ponderosus) i sterrastrach (Geodia cydonium) z hiperrozgałęzionymi, kulistymi spikulami. Co ciekawe, wyniki pokazały, że kryształy białek, z których zbudowane są filamenty, dyktują zachowanie rozgałęzionych spikul gąbczastych. Autorzy zwracają uwagę, że choć badane gąbki wykazują różne kształty spikul, to wszystkie mają identyczne cechy związane z kryształami białek wchodzącymi w skład filamentu osiowego. Schoeppler i in. zauważają, że dodatkowe badania nad regulacją rozgałęziania włókien są konieczne, aby potencjalnie pomóc w kierowaniu przyszłym rozwojem nowych materiałów dla takich jak ogniwa słoneczne, plazmonika, optoelektronika i wykrywanie
Informacje o czasopiśmie: Science Advances
.