Forskare har registrerat hur pärlemor samlar sig i en idealisk struktur

Моллюски строят раковины, чтобы защитить свои мягкие ткани от хищников. Перламутр, который морские

организмы используют для «строительства», имеет сложную и очень правильную структуру. Это делает его невероятно прочным материалом. В зависимости от вида, перламутры могут достигать десятков сантиметров в длину. Независимо от размера, каждый перламутр состоит из материалов, отложенных множеством отдельных ячеек в нескольких разных местах одновременно. Как именно эта высокопериодическая и однородная структура возникает из начального беспорядка, было неизвестно до сих пор.

Исследователи из группы Злотникова в сотрудничестве с Европейской лабораторией синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле очень подробно рассмотрели внутреннюю структуру раннего и зрелого перламутра. Используя голографическую рентгеновскую нанотомографию на основе синхротрона, они смогли зафиксировать рост перламутра с течением времени. «Перламутр — это чрезвычайно тонкая структура с с органическими элементами размером менее 50 нм. Линия луча ID16A на ESRF предоставила нам беспрецедентную возможность визуализировать перламутр в трех измерениях, — объясняет доктор наук Игорь Злотников, руководитель исследовательской группы B CUBE. — Сочетание электронно-плотных и высокопериодических неорганических тромбоцитов с тонкими и тонкими органическими поверхностями делает перламутр сложной структурой для изображения. Криогенная визуализация помогла нам получить необходимую разрешающую способность».

Slutstation på den holografiska röntgen-nanotomografikanalen (ID16A) vid ESRF. Upphovsman: © Igor Zlotnikov

Att analysera data var ganska utmanande.Forskarna utvecklade en segmenteringsalgoritm med hjälp av neurala nätverk och utbildade den för att separera olika lager av pärlemor. Således kunde de spåra vad som händer med strukturella defekter när pärlemor växer.

Tvärsnitt av skalet som visar den periodvis skiktade pärlemor över skalets prismatiska struktur. Upphovsman: © Igor Zlotnikov

Uppförande av strukturella defekter i växandepärlemor var oväntad. Defekter i motsatt riktning av skruven lockades till varandra från stora avstånd. Höger- och vänstersidiga defekter rörde sig genom strukturen tills de möttes och neutraliserade varandra. Dessa händelser resulterade i synkronisering genom vävnaden. Med tiden tillät detta strukturen att utvecklas till en helt korrekt och felfri.

Periodiska strukturer som pärlemorskapas av många olika slags djur. Forskarna tror att den nyligen upptäckta mekanismen inte bara kunde kontrollera bildandet av pärlemor utan även andra biogena strukturer.

Läs mer

Se hur månen uppstod. Forntida planet kraschade in i jorden

Arkeologer har hittat en gammal begravning på Krim. Det fanns en "biljett" till efterlivet

Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda