Tutkijat ovat tallentaneet, kuinka helmiäinen kokoaa itsensä ihanteelliseksi rakenteeksi

Nilviäiset rakentavat kuoria suojaamaan pehmytkudoksiaan petoeläimiltä. Helmi, joka on meri

eliöt käyttävät«rakentaminen», on monimutkainen ja hyvin säännöllinen rakenne. Tämä tekee siitä uskomattoman kestävän materiaalin. Tyypistä riippuen helmiäisen pituus voi olla kymmeniä senttejä. Koosta riippumatta jokainen helmiäinen koostuu materiaaleista, jotka on kerrostettu useisiin yksittäisiin soluihin useisiin eri paikkoihin samanaikaisesti. Toistaiseksi ei tiedetty, kuinka tämä erittäin jaksollinen ja homogeeninen rakenne syntyy alkuperäisestä häiriöstä.

Zlotnikovin ryhmän tutkijatTarkastelimme yhteistyössä Grenoblessa sijaitsevan European Synchrotron Radiation Laboratoryn (ESRF) kanssa varhaisen ja kypsän helmiäisen sisäistä rakennetta. Käyttämällä synkrotronipohjaista holografista röntgensäteen nanotomografiaa he pystyivät tallentamaan helmiäisen kasvun ajan myötä. "Nacre on erittäin hieno rakenne, jonka orgaaniset alkuaineet ovat kooltaan alle 50 nm. ESRF:n ID16A-keila tarjosi meille ennennäkemättömän mahdollisuuden visualisoida helmiä kolmessa ulottuvuudessa, selittää Igor Zlotnikov, PhD, B CUBE -tutkimusryhmän johtaja. "Elektronitiheiden ja korkean periodin epäorgaanisten verihiutaleiden yhdistelmä ohuiden ja ohuiden orgaanisten pintojen kanssa tekee helmestä haastavan rakenteen kuvata. Kryogeeninen kuvantaminen auttoi meitä saamaan tarvitsemamme resoluution."

ESRF: n holografisen röntgen nanotomografiakanavan (ID16A) pääteasema. Luotto: © Igor Zlotnikov

Tietojen analysointi oli varsin haastavaa.Tutkijat kehittivät segmentointialgoritmin hermoverkkoja käyttäen ja kouluttivat sen erottamaan eri helmiäiskerrokset. Siten he pystyivät jäljittämään, mitä tapahtuu rakenteellisille virheille, kun helmiäiti kasvaa.

Kuoren poikkileikkaus, joka näyttää ajoittain kerrostettua helmiäistä kuoren prisma-rakenteen yli. Luotto: © Igor Zlotnikov

Rakenteellisten vikojen käyttäytyminen kasvussahelmiäinen oli odottamaton. Ruuvin vastakkaiseen suuntaan liittyvät viat houkuttelivat toisiinsa suurista etäisyyksistä. Oikean- ja vasemmanpuoliset viat liikkuivat rakenteen läpi, kunnes ne tapasivat ja neutraloivat toisiaan. Nämä tapahtumat johtivat synkronointiin koko kudoksessa. Ajan myötä tämä antoi rakenteen kehittyä täysin oikeaksi ja virheettömäksi.

Jaksolliset rakenteet, kuten helmiäinenluovat monet erilaiset eläimet. Tutkijat uskovat, että äskettäin löydetty mekanismi voisi hallita paitsi helmiäisen muodostumista myös muita biogeenisiä rakenteita.

Lue lisää

Katso kuinka kuu ilmestyi. Muinainen planeetta törmäsi maahan

Arkeologit ovat löytäneet muinaisen hautausmaan Krimiltä. Siellä oli "lippu" tuonpuoleiseen maailmaan

Abortti ja tiede: mitä tapahtuu synnyttäville lapsille