Cercetătorii au dezvăluit secretul simetriei incredibile a perlelor

Timp de secole, cercetătorii s-au nedumerit asupra modului în care stridiile cresc perle uimitor de simetrice, perfect rotunde, în jurul unor granule de nisip sau bucăți de resturi de formă neregulată. Acum, o echipă a demonstrat că stridiile, midiile și alte moluște folosesc un proces complex pentru a crește pietrele prețioase care urmează regulile matematice observate în natură.

Perlele se formează atunci când un iritant este prins în interiorul unei moluște, iar animalul se protejează prin construirea de straturi netede de minerale și proteine ​​- împreună numite nacru – în jurul său. Fiecare nou strat de nacru construit peste acest centru asimetric se adaptează exact celor precedând, netezind neregulile pentru a rezulta o perlă rotundă, potrivit unei analize publicate pe 19 octombrie în Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Nacru este acest material incredibil de frumos, irizat și strălucitor pe care îl vedem în interiorul unor scoici sau pe exteriorul perlelor”, spune Laura Otter, biogeochimist la Universitatea Națională Australiană din Canberra.

Creșterea simetrică a unei perle pe măsură ce depune straturi de nacru se bazează pe echilibrarea moluștei a două capacități de bază, au descoperit Otter și colegii ei. Corectează aberațiile de creștere care apar pe măsură ce perlele se formează, prevenind propagarea acestor variații peste numeroasele straturi ale perlei. În caz contrar, bijuteria rezultată ar fi deformată.

În plus, moluștea modulează grosimea straturilor de nacru, astfel încât, dacă un strat este deosebit de gros, straturile ulterioare vor fi mai subțiri ca răspuns (SN: 3/24/14). Acest lucru ajută perla să mențină o grosime medie similară pe miile sale de straturi, astfel încât să arate perfect rotund și uniform. Fără această ajustare constantă, o perlă ar putea să semene cu roca sedimentară stratificată, amplificând micile imperfecțiuni care îi diminuează forma sferică.

Cercetătorii au studiat perlele keshi colectate din stridiile perle Akoya (Pinctada imbricata fucata) la o fermă de perle de coastă din estul Australiei. Au folosit un ferăstrău cu sârmă de diamant pentru a tăia perlele în secțiuni transversale, apoi au șlefuit și au examinat pietrele prețioase folosind spectroscopie Raman, o tehnică nedistructivă care le-a permis să caracterizeze structura perlelor. Pentru una dintre perlele prezentate în ziar, acestea au numărat 2.615 straturi, care au fost depuse pe parcursul a 548 de zile.

imagine în secțiune transversală a unei perle keshi
Această secțiune transversală a unei perle keshi arată că bijuteria rotundă crește în jurul unui bulgăre deformat de resturi.Jiseok Gim

Analiza a arătat că fluctuațiile grosimii straturilor de nacru ale perlelor prezintă un fenomen numit zgomot 1/f sau zgomot roz, în care evenimentele care par a fi aleatorii sunt de fapt conectate. În acest caz, formarea de straturi de nacru de diferite grosimi poate apărea aleatorie, dar este de fapt dependentă de grosimea straturilor anterioare. Același fenomen are loc în activitatea seismică: zgomotul solului pare întâmplător, dar este de fapt legat de activitatea seismică recentă anterioară. Zgomotul roz apare, de asemenea, în muzica clasică și chiar și atunci când se monitorizează bătăile inimii și activitatea creierului, spune coautorul Robert Hovden, om de știință și inginer în materiale la Universitatea din Michigan din Ann Arbor. Aceste fenomene „aparțin unei clase universale de comportament și fizică”, spune Hovden.

Aceasta este prima dată când cercetătorii au raportat că „nacru se autovindecă și când apare un defect, se vindecă singură în câteva minute. [layers], fără a utiliza o schelă sau un șablon extern”, spune Pupa Gilbert, un fizician care studiază biomineralizarea la Universitatea din Wisconsin-Madison, care nu a fost implicat în studiu. „Nacru este un material și mai remarcabil decât am apreciat anterior.”

Otter notează: „Aceste creaturi umile fac un material super ușor și super dur, mult mai ușor și mai bun decât facem noi cu toată tehnologia noastră.” Fabricată doar din calciu, carbonat și proteine, nacra este „de 3.000 de ori mai rezistentă decât materialele din care este făcută”.

Această nouă înțelegere a perlelor, adaugă Hovden, ar putea inspira „următoarea generație de super materiale”, cum ar fi panouri solare mai eficiente din punct de vedere energetic sau materiale dure și rezistente la căldură optimizate pentru utilizarea în nave spațiale.