Открытие может вдохновить на создание более оптимальных материалов для солнечных батарей и космических путешествий, - пишет sciencenews.org.
Исследователи обнаружили, как устрицы и другие моллюски выращивают такие симметричные жемчужины, как жемчужные устрицы Акойя,. Находка может вдохновить на создание новых материалов для солнечных панелей и космических кораблей.
На протяжении веков исследователи ломали голову над тем, как устрицы выращивают потрясающе симметричные, идеально круглые жемчужины вокруг песчинок неправильной формы или кусочков мусора. Теперь команда ученых показала, что устрицы, мидии и другие моллюски используют сложный процесс для выращивания драгоценных камней, который следует математическим правилам, встречающимся в природе.
Жемчуг образуется, когда внутри моллюска попадает раздражитель, и животное защищает себя, создавая вокруг него гладкие слои минерала и белка, вместе называемые перламутром. Согласно анализу, опубликованному 19 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences, каждый новый слой перламутра, построенный над этим асимметричным центром, точно адаптируется к предыдущим, сглаживая неровности и получая круглую жемчужину.
«Перламутр - это невероятно красивый, переливающийся, блестящий материал, который мы видим внутри некоторых ракушек или снаружи жемчуга», - говорит Лаура Оттер, биогеохимик из Австралийского национального университета в Канберре.
Оттер и ее коллеги обнаружили, что симметричный рост жемчужины, покрытой слоями перламутра, основан на балансе двух основных способностей моллюска. Он исправляет аберрации роста, которые появляются при образовании жемчуга, предотвращая распространение этих отклонений по многим слоям жемчуга. В противном случае полученный камень был бы однобоким.
Кроме того, моллюск регулирует толщину слоев перламутра, так что, если один слой особенно толстый, последующие слои будут тоньше в ответ. Это помогает жемчужине сохранять одинаковую среднюю толщину на тысячах слоев, чтобы она выглядела идеально круглой и однородной. Без этой постоянной корректировки жемчужина могла бы напоминать слоистую осадочную породу.
Исследователи изучили жемчуг кеши, собранный из жемчужных устриц Акойя (Pinctada imbricata fucata) на прибрежной жемчужной ферме восточной Австралии. Они использовали алмазную канатную пилу, чтобы разрезать жемчуг на поперечные сечения, затем отполировали и исследовали драгоценные камни с помощью рамановской спектроскопии - неразрушающего метода, который позволил им охарактеризовать структуру жемчуга. Для одной из жемчужин они насчитали 2615 слоев, которые были выращены за 548 дней.
Анализ показал, что колебания толщины перламутровых слоев жемчужин демонстрируют явление, называемое 1/f-шумом, или розовым шумом, в котором события, которые кажутся случайными, на самом деле связаны. В этом случае образование слоев перламутра разной толщины может показаться случайным, но на самом деле это зависит от толщины предыдущих слоев. То же явление наблюдается и при сейсмической активности: урчание земли кажется случайным, но на самом деле связано с предыдущей недавней сейсмической активностью. «Розовый шум также появляется в классической музыке и даже при мониторинге сердцебиения и мозговой активности», - говорит соавтор Роберт Ховден, ученый-материаловед и инженер из Мичиганского университета в Анн-Арборе. Эти явления «относятся к универсальному классу поведения и физики», - говорит Ховден.
Это первый раз, когда исследователи сообщили, что «перламутр самовосстанавливается, и когда возникает дефект, он исцеляется в пределах нескольких [слоев], без использования внешних сил, - говорит Пупа Гилберт, физик, изучающий биоминерализацию в Центре биоминерализации Университета Висконсина – Мэдисон, который не участвовал в исследовании. - Перламутр - еще более замечательный материал, чем мы думали раньше».
Оттер отмечает: «Эти скромные создания делают сверхлегкий и сверхпрочный материал намного легче и лучше, чем мы, используя все наши технологии». Перламутр, состоящий только из кальция, карбоната и протеина, «в 3000 раз прочнее материалов, из которых он сделан».
Это новое понимание жемчуга, добавляет Ховден, может вдохновить «следующее поколение суперматериалов», таких как более энергоэффективные солнечные панели или прочные и термостойкие материалы, оптимизированные для использования в космических кораблях.
[Фото: sciencenews.org]
