Wissenschaftler haben aufgezeichnet, wie sich Perlmutt zu einer idealen Struktur zusammensetzt

Mollusken bauen Muscheln, um ihre Weichteile vor Fressfeinden zu schützen. Perlmutt, das Meer ist

Organismen verwenden für„Konstruktion“ hat eine komplexe und sehr regelmäßige Struktur. Dies macht es zu einem unglaublich langlebigen Material. Je nach Art kann Perlmutt eine Länge von mehreren zehn Zentimetern erreichen. Unabhängig von der Größe besteht jedes Perlmutt aus Materialien, die gleichzeitig in vielen einzelnen Zellen an verschiedenen Orten abgelagert werden. Wie genau diese hochperiodische und homogene Struktur aus der anfänglichen Unordnung entsteht, war bisher unbekannt.

Forscher aus Zlotnikovs GruppeIn Zusammenarbeit mit dem European Synchrotron Radiation Laboratory (ESRF) in Grenoble haben wir uns eingehend mit der inneren Struktur von frühem und reifem Perlmutt befasst. Mithilfe der synchrotronbasierten holographischen Röntgen-Nanotomographie konnten sie das Wachstum von Perlmutt im Laufe der Zeit aufzeichnen. „Perlmutt ist eine extrem feine Struktur mit organischen Elementen, die weniger als 50 nm groß sind. „Die ID16A-Beamline am ESRF bot uns eine beispiellose Möglichkeit, Perlmutt in drei Dimensionen zu visualisieren“, erklärt Igor Zlotnikov, PhD, Leiter der B CUBE-Forschungsgruppe. „Die Kombination aus elektronendichten und hochperiodischen anorganischen Plättchen mit dünnen und dünnen organischen Oberflächen macht Perlmutt zu einer schwierig abzubildenden Struktur. Die kryogene Bildgebung hat uns geholfen, die Auflösung zu erreichen, die wir brauchten.“

Endstation auf dem Kanal für holographische Röntgennanotomographie (ID16A) am ESRF. Bildnachweis: © Igor Zlotnikov

Die Analyse der Daten war ziemlich schwierig.Die Forscher entwickelten einen Segmentierungsalgorithmus unter Verwendung neuronaler Netze und trainierten ihn, um verschiedene Perlmuttschichten zu trennen. So konnten sie nachverfolgen, was mit strukturellen Defekten passiert, wenn das Perlmutt wächst.

Querschnitt der Schale, der das periodisch geschichtete Perlmutt über der prismatischen Struktur der Schale zeigt. Bildnachweis: © Igor Zlotnikov

Verhalten von Strukturfehlern beim WachsenPerlmutt war unerwartet. Defekte in der entgegengesetzten Richtung der Schraube wurden aus großer Entfernung voneinander angezogen. Rechts- und linksseitige Defekte bewegten sich durch die Struktur, bis sie sich trafen und neutralisierten. Diese Ereignisse führten zu einer Synchronisation im gesamten Gewebe. Im Laufe der Zeit konnte sich die Struktur zu einer völlig korrekten und fehlerfreien Struktur entwickeln.

Periodische Strukturen wie Perlmuttwerden von vielen verschiedenen Tierarten geschaffen. Die Forscher glauben, dass der kürzlich entdeckte Mechanismus nicht nur die Bildung von Perlmutt, sondern auch andere biogene Strukturen steuern könnte.

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