Wetenschappers hebben vastgelegd hoe parelmoer zichzelf assembleert tot een ideale structuur

Weekdieren bouwen schelpen om hun zachte weefsels tegen roofdieren te beschermen. Parelmoer, dat is zee

organismen gebruiken voor«constructie», heeft een complexe en zeer regelmatige structuur. Dit maakt het een ongelooflijk duurzaam materiaal. Afhankelijk van het type kan parelmoer tientallen centimeters lang worden. Ongeacht de grootte is elk paarlemoer samengesteld uit materialen die tegelijkertijd in veel individuele cellen op verschillende locaties zijn afgezet. Hoe deze zeer periodieke en homogene structuur precies voortkomt uit de initiële wanorde was tot nu toe onbekend.

Onderzoekers uit de groep van ZlotnikovIn samenwerking met het Europese Synchrotron Radiation Laboratory (ESRF) in Grenoble hebben we gedetailleerd gekeken naar de interne structuur van vroege en volwassen parelmoer. Met behulp van op synchrotron gebaseerde holografische röntgennanotomografie konden ze de groei van parelmoer in de loop van de tijd registreren. “Parelmoer is een extreem fijne structuur met organische elementen die kleiner zijn dan 50 nm. De ID16A-bundellijn bij de ESRF bood ons een ongekende mogelijkheid om parelmoer in drie dimensies te visualiseren, legt Igor Zlotnikov, PhD, hoofd van de B CUBE-onderzoeksgroep uit. “De combinatie van elektronendichte anorganische bloedplaatjes met een hoge periode en dunne en dunne organische oppervlakken maakt parelmoer een uitdagende structuur om in beeld te brengen. Cryogene beeldvorming heeft ons geholpen de resolutie te krijgen die we nodig hadden.”

Eindstation op het holografische röntgen nanotomografiekanaal (ID16A) bij ESRF. Krediet: © Igor Zlotnikov

Het analyseren van de gegevens was een behoorlijke uitdaging.De onderzoekers ontwikkelden een segmentatie-algoritme met neurale netwerken en trainden dit om verschillende lagen parelmoer te scheiden. Zo konden ze traceren wat er met structurele defecten gebeurt terwijl de parelmoer groeit.

Dwarsdoorsnede van de schaal met het periodiek gelaagde parelmoer over de prismatische structuur van de schaal. Krediet: © Igor Zlotnikov

Gedrag van structurele defecten bij het groeienparelmoer was onverwacht. Defecten in de tegenovergestelde richting van de schroef werden van grote afstand naar elkaar aangetrokken. Rechtszijdige en linkszijdige defecten bewogen door de structuur totdat ze elkaar ontmoetten en elkaar neutraliseerden. Deze gebeurtenissen resulteerden in synchronisatie door het hele weefsel. Hierdoor kon de structuur zich in de loop van de tijd ontwikkelen tot een volledig correcte en defectvrije structuur.

Periodieke structuren zoals parelmoerworden gemaakt door veel verschillende soorten dieren. De onderzoekers denken dat het recent ontdekte mechanisme niet alleen de vorming van parelmoer zou kunnen beheersen, maar ook andere biogene structuren.

Lees verder

Kijk hoe de maan verscheen. De oude planeet stortte neer op de aarde

Archeologen hebben een oude begrafenis gevonden op de Krim. Er was een "kaartje" voor het hiernamaals

Abortus en wetenschap: wat gebeurt er met de kinderen die zullen bevallen