av Bob Yirka , Phys.org
En forskargrupp med medlemmar från Frankrike, Tyskland och Israel har funnit att proteiner som utgör axiella filament är ansvariga för hur havssvampar utvecklar glasskelett. I sin artikel som publiceras på webbplatsen Science Advances med öppen tillgång beskriver gruppen sin studie av havsvarelserna, vad de hittade och varför de tror att deras arbete kan leda till framsteg i skapandet av material för användning i nya optoelektroniska enheter.
Sjösvampar, konstaterar forskarna, är några av de äldsta varelserna på jorden – fossila uppgifter visar att de går tillbaka en halv miljard år. Under denna tid, konstaterar forskarna, har de utvecklats till att odla spetsiga glasstrukturer som utgör deras unika bihang (märkligt nog har de ingen vävnad eller organ). De konstaterar vidare att lite forskning har gjorts för att bättre förstå hur sådana strukturer uppstår när varelsen mognar, vilket är olyckligt eftersom det är uppenbart att de gör det utan behov av glödande heta ugnar. För att lära sig hur havsvarelserna kan skapa glasstrukturer tittade forskarna på tre typer av svamparna och mer specifikt på deras distinkta spikuler (nålformade strukturer).
Teamet använde sig av röntgendiffraktion och ett elektronmikroskop för att titta närmare på spikulerna och de axiala trådar kring vilka de bildas. Därvid fann gruppen att filamenten bestod av proteiner som var staplade i en hexagonal kristallin struktur. Forskarna noterade att strukturerna var nästan likadana för alla tre svamparna de tittade på, även om var och en av dem har unika spikulära former: nålliknande för Thethyra aurantium, tredelade grenar för Stryphnus ponderosus och spikformade klot för Geodia cydonium. Forskarna fann att skillnaderna i de resulterande formerna berodde på hur proteinerna var placerade och arrangerade. Glaset existerar som avlagringar av kiseldioxid på spicula – proteinet tjänar som mall.
Forskarna föreslår att fler studier av varelserna kan leda till utveckling av en liknande mekanism för tillverkning av små glaskomponenter för användning i optoelektroniska apparater, plasmonik och kanske solceller.
Mer information: Vanessa Schoeppler et al: A lesson from nature, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047
Abstract
Forskare har upptäckt att proteiner som ligger till grund för bildandet av kristallliknande bihang är ansvariga för den symmetriska tillväxten av olika typer av distinkt formade spikuler (eller vassa, nålformade strukturer) i marina svampar – en av de äldsta flercelliga organismerna vars fossilregister sträcker sig över en halv miljard år tillbaka. De säger att deras resultat ger en inblick i hur symmetriska strukturer utvecklas i biologiska organismer och potentiellt kan tillämpas på teknik som använder nanokristallina material, som konstgjorda oorganiska små kristaller som för närvarande undersöks för en mängd olika tillämpningar. Hittills är de mekanismer som är inblandade i kristallbildningen i levande organismer fortfarande till stor del okända, vilket fick Vanessa Schoeppler och hennes kollegor att ytterligare undersöka den tredimensionella organisationen av de taggiga grenar som kallas axiella filament och som utgör svamparnas spikuler. Författarna fokuserade på tre typer av marina svampar i klassen Demospongiae: nålformade strongyloxea (Tethya aurantium), tetrapodformade dichotriaenes (Stryphnus ponderosus) och sterrasters (Geodia cydonium) med hyperförgrenade sfäriska spikuler. Intressant nog visade resultaten att de proteinkristaller som utgör filamenten dikterar förgreningsbeteendet hos svampens spikuler. Författarna påpekar att även om de studerade svamparna uppvisar olika formade spikuler har de alla identiska egenskaper som har att göra med de proteinkristaller som ingår i de axiella filamenten. Schoeppler et al. påpekar att ytterligare undersökningar av regleringen av filamentförgreningen är nödvändiga för att eventuellt hjälpa till att vägleda den framtida utvecklingen av nya material för t.ex. solceller, plasmonik, optoelektronik och sensorik
Tidskriftsinformation: Science Advances