นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกว่าหอยมุกประกอบตัวเองเป็นโครงสร้างในอุดมคติได้อย่างไร

หอยสร้างเปลือกหอยเพื่อปกป้องเนื้อเยื่ออ่อนจากสัตว์นักล่า หอยมุกซึ่งเป็นทะเล

สิ่งมีชีวิตใช้สำหรับ«การก่อสร้าง» มีโครงสร้างที่ซับซ้อนและสม่ำเสมอมาก ทำให้เป็นวัสดุที่ทนทานอย่างไม่น่าเชื่อ มุกสามารถมีความยาวได้หลายสิบเซนติเมตรทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภท ไม่ว่าขนาดจะเป็นอย่างไร แต่ละเนเคอร์ก็ประกอบด้วยวัสดุที่สะสมอยู่ในเซลล์หลายๆ เซลล์ในตำแหน่งต่างๆ หลายแห่งพร้อมๆ กัน โครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันและเป็นงวดสูงนี้เกิดขึ้นจากความผิดปกติเริ่มแรกได้อย่างไรยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดจนกระทั่งบัดนี้

นักวิจัยจากกลุ่มของ Zlotnikovด้วยความร่วมมือกับ European Synchrotron Radiation Laboratory (ESRF) ในเมืองเกรอน็อบล์ เราได้ดูรายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของเนเคอร์ตอนต้นและโตเต็มที่ การใช้นาโนโทโมกราฟีเอ็กซ์เรย์โฮโลแกรมแบบซินโครตรอน พวกเขาสามารถบันทึกการเติบโตของเนเคอร์เมื่อเวลาผ่านไป “Nacre เป็นโครงสร้างที่ละเอียดมากโดยมีองค์ประกอบอินทรีย์ที่มีขนาดน้อยกว่า 50 นาโนเมตร ลำแสง ID16A ที่ ESRF ทำให้เรามีโอกาสที่ไม่เคยมีมาก่อนในการมองเห็นเนเคอร์ในสามมิติ ดร. Igor Zlotnikov หัวหน้ากลุ่มวิจัย B CUBE อธิบาย “การรวมกันของเกล็ดเลือดอนินทรีย์ที่มีอิเล็กตรอนหนาแน่นและคาบสูงกับพื้นผิวอินทรีย์ที่บางและบางทำให้เนเคอร์เป็นโครงสร้างที่ท้าทายในการถ่ายภาพ การถ่ายภาพด้วยความเย็นช่วยให้เราได้ความละเอียดที่ต้องการ”

สถานีปลายทางบนช่องสัญญาณนาโนของเอกซเรย์โฮโลแกรม (ID16A) ที่ ESRF เครดิต: © Igor Zlotnikov

การวิเคราะห์ข้อมูลนั้นค่อนข้างท้าทายนักวิจัยได้พัฒนาอัลกอริธึมการแบ่งกลุ่มโดยใช้โครงข่ายประสาทเทียมและฝึกฝนให้แยกชั้นต่างๆ ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถติดตามสิ่งที่เกิดขึ้นกับข้อบกพร่องของโครงสร้างเมื่อหอยมุกเติบโตขึ้น

ภาพตัดขวางของเปลือกหอยแสดงหอยมุกที่เรียงเป็นชั้น ๆ เป็นระยะ ๆ เหนือโครงสร้างของเปลือกหอย เครดิต: © Igor Zlotnikov

พฤติกรรมของข้อบกพร่องของโครงสร้างในการเจริญเติบโตหอยมุกไม่คาดคิด ข้อบกพร่องในทิศทางตรงกันข้ามของสกรูถูกดึงดูดเข้าหากันจากระยะไกล ข้อบกพร่องด้านขวาและด้านซ้ายเคลื่อนผ่านโครงสร้างจนกว่าจะพบกันและทำให้เป็นกลางซึ่งกันและกัน เหตุการณ์เหล่านี้ทำให้เกิดการประสานทั่วทั้งเนื้อเยื่อ เมื่อเวลาผ่านไปสิ่งนี้ทำให้โครงสร้างพัฒนาไปสู่โครงสร้างที่ถูกต้องสมบูรณ์และปราศจากข้อบกพร่อง

โครงสร้างเป็นระยะ ๆ เช่นหอยมุกถูกสร้างขึ้นโดยสัตว์หลายชนิด นักวิจัยเชื่อว่ากลไกที่เพิ่งค้นพบไม่เพียง แต่สามารถควบคุมการก่อตัวของหอยมุกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างทางชีวภาพอื่น ๆ ด้วย

อ่านเพิ่มเติม

ดูว่าดวงจันทร์ปรากฏขึ้นอย่างไร ดาวเคราะห์โบราณพุ่งชนโลก

นักโบราณคดีพบที่ฝังศพโบราณในแหลมไครเมีย มี "ตั๋ว" สำหรับชีวิตหลังความตาย

การทำแท้งกับวิทยาศาสตร์: จะเกิดอะไรขึ้นกับเด็กที่จะคลอด