di Bob Yirka , Phys.org
Un team di ricercatori con membri provenienti da Francia, Germania e Israele ha scoperto che le proteine che compongono i filamenti assiali sono responsabili dei mezzi con cui le spugne marine sviluppano scheletri di vetro. Nel loro documento pubblicato sul sito ad accesso aperto Science Advances, il gruppo descrive il loro studio delle creature marine, ciò che hanno trovato e perché credono che il loro lavoro potrebbe portare a progressi nella creazione di materiali da utilizzare in nuovi dispositivi opto-elettronici.
Le spugne di mare, i ricercatori notano, sono alcune delle più antiche creature sulla Terra-i documenti fossili mostrano che risalgono a mezzo miliardo di anni. Nel corso di questo tempo, i ricercatori notano anche, si sono evoluti per crescere strutture di vetro appuntite che compongono le loro appendici uniche (stranamente, non hanno tessuti o organi). Notano inoltre che poca ricerca è stata fatta per capire meglio come tali strutture emergono come la creatura matura, che è un peccato, perché è chiaro che lo fanno senza la necessità di forni ardenti. Per imparare come le creature marine sono in grado di creare strutture di vetro, i ricercatori hanno esaminato tre tipi di spugne e più specificamente le loro spicole distinte (strutture a forma di ago).
Il team ha usato la diffrazione dei raggi X e un microscopio elettronico per dare un’occhiata più da vicino alle spicole e i filamenti assiali intorno ai quali si formano. Così facendo, il gruppo ha scoperto che i filamenti sono fatti di proteine impilate in una struttura cristallina esagonale. I ricercatori hanno notato che le strutture erano quasi le stesse per tutte e tre le spugne che hanno esaminato, anche se ognuna ha forme di spicole uniche: ad ago per Thethyra aurantium, rami a tre vie per Stryphnus ponderosus e sfere a punta per Geodia cydonium. Le differenze nelle forme risultanti, il team ha scoperto, erano dovute a come le proteine erano distanziate e disposte. Il vetro esiste come depositi di silice sulla spicula – la proteina serve come modello.
I ricercatori suggeriscono che ulteriori studi sulle creature possono portare allo sviluppo di un meccanismo simile per la fabbricazione di piccoli componenti di vetro da utilizzare in dispositivi opto-elettronici, plasmonici e forse celle solari.
Maggiori informazioni: Vanessa Schoeppler et al. Modellare architetture di vetro altamente regolari: Una lezione dalla natura, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047
Abstract
I ricercatori hanno scoperto che le proteine alla base della formazione di appendici simili a cristalli sono responsabili della crescita simmetrica di vari tipi di spicole di forma distinta (o strutture appuntite, a forma di ago) nelle spugne marine – uno dei più antichi organismi multicellulari il cui record fossile risale a più di mezzo miliardo di anni fa. Dicono che le loro scoperte forniscono informazioni su come le strutture simmetriche si sviluppano negli organismi biologici e potenzialmente possono essere applicate alle tecnologie che utilizzano materiali nanocristallini, come i minuscoli cristalli inorganici fatti dall’uomo attualmente in fase di esplorazione per una varietà di applicazioni. Ad oggi, i meccanismi coinvolti nella formazione dei cristalli negli organismi viventi sono ancora in gran parte sconosciuti, spingendo Vanessa Schoeppler e colleghi a studiare ulteriormente l’organizzazione tridimensionale dei rami spinosi chiamati filamenti assiali che compongono le spugne. Gli autori si sono concentrati su tre tipi di spugne marine della classe Demospongiae: strongyloxea a forma di ago (Tethya aurantium), dichotriaenes a forma di tetrapode (Stryphnus ponderosus) e sterrasters (Geodia cydonium) con spicole sferiche iper ramificate. È interessante notare che i risultati hanno mostrato che i cristalli proteici che compongono i filamenti dettano il comportamento di ramificazione delle spicole della spugna. Gli autori sottolineano che mentre le spugne studiate mostrano spicole di forma diversa, tutte condividono caratteristiche identiche relative ai cristalli proteici che fanno parte del filamento assiale. Schoeppler et al. notano che sono necessarie ulteriori indagini sulla regolazione della ramificazione dei filamenti, per aiutare potenzialmente a guidare lo sviluppo futuro di nuovi materiali per le celle solari, la plasmonica, l’optoelettronica e il rilevamento
Informazioni sul giornale: Scienza Advances