Τα σαγόνια ορισμένων θαλάσσιων σκουληκιών αποτελούνται από ένα εξαιρετικά σκληρό αλλά και πολύ ελαφρύ υλικό, το οποίο οι επιστήμονες χαρακτήρισαν «βιο-μέταλλο» και εκτιμούν ότι μπορεί να έχει εφαρμογές στη μηχανική.
Το Perinereis cultrifera είναι ένα είδος ragworm με μακρύ σώμα και χαρακτηριστικές τρίχες. Τα μέλη του είδους έχουν επίσης δυνατά σαγόνια, που τους επιτρέπουν να συνθλίβουν σκληρή λεία, όπως μικρά καρκινοειδή ή άλλα σκουλήκια. Υπολείμματα από τα σαγόνια τους έχουν βρεθεί στα απολιθώματα, με παρουσία που χρονολογείται εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πίσω.
Ο Christian Hellmich από το TU Wien στην Αυστρία και οι συνεργάτες του μελετούν τα σαγόνια του σκουληκιού εδώ και σχεδόν μια δεκαετία, και κατέληξαν στην πρόταση ότι είναι φτιαγμένα από ένα νέο υλικό. Η μοριακή δομή κάθε σαγονιού συνδυάζει πρωτεΐνες και ιόντα μετάλλων όπως ο ψευδάργυρος, δημιουργώντας χαρακτηριστικά που βρίσκονται ανάμεσα στα πιο μαλακά βιολογικά υλικά και στα μέταλλα.
Πιο πρόσφατα, η ομάδα πραγματοποίησε περισσότερα από 3.300 πειράματα, στα οποία έγιναν μικροσκοπικές πιέσεις σε διαφορετικά σημεία του σαγονιού. Ο τρόπος με τον οποίο μεταβαλλόταν η σκληρότητά του υπό αυτή την πίεση ακολούθησε ένα μοτίβο τυπικό για μέταλλα όπως ο χαλκός και το ασήμι. Όμως το σαγόνι εμφάνισε επίσης ένα είδος ελαστικότητας που τα μέταλλα δεν μπορούν να έχουν, λέει ο Hellmich.
Τέλος, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο των βιο-μετάλλων, το οποίο δείχνει πώς μπορεί να ανταποκρίνονται με μοναδικό τρόπο στην καταπόνηση, μέσα από μικροσκοπικές δυνάμεις που προκύπτουν όταν τα ιόντα μετάλλων οργανώνονται σε γραμμές, παρόμοιες με ορισμένα ελαττώματα στους κρυστάλλους.
Οι ερευνητές έμειναν έκπληκτοι από το πόση πρωτοτυπία κρύβει αυτό το σχετικά απλό ζώο. Οι μηχανικές δοκιμές στο σαγόνι, που έχει μέγεθος χιλιοστού, ήταν πραγματικά δύσκολες και απαιτούσαν εκατοντάδες ώρες προετοιμασίας και στίλβωσης, λέει ο Hellmich. «Βασικά, τα πάντα μπορούν να πάνε στραβά», λέει.
«Τα σαγόνια των πολυχαίτων είναι απίστευτα σκληρά αλλά και πολύ ελαφριά», λέει ο Matthew Lehnert από το Kent State University στο Οχάιο. «Πολλοί κλάδοι, από την αυτοκινητοβιομηχανία έως την αεροναυπηγική, αναζητούν νέους τρόπους για την ανάπτυξη σκληρών και ελαφρών υλικών. Οι απαντήσεις παρέχονται από τη φύση!»
«Κάπως η εξέλιξη βρήκε έναν τρόπο να αποσπάσει ένα μηχανικό αποτύπωμα που μοιάζει με μέταλλο από πρώτες ύλες που μοιάζουν με πρωτεΐνη, και η μελέτη του σκουληκιού είναι ο τρόπος με τον οποίο ρωτάμε ποιο τέχνασμα το κάνει αυτό δυνατό», λέει ο Markus Buehler από το Massachusetts Institute of Technology, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Ο μακροπρόθεσμος στόχος αυτής της έρευνας είναι να προγραμματιστούν γενετικά υλικά που θα αναπτύσσονται σε βιολογικά συστήματα, προσθέτει.
Ο Hellmich και οι συνεργάτες του θέλουν να προχωρήσουν προς αυτόν τον στόχο, και η ομάδα τους περιλαμβάνει ήδη γενετιστές και βιολόγους από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης. «Θέτουμε ερωτήματα όπως, “Αν απενεργοποιήσουμε μερικά γονίδια, τότε πώς θα είναι διαφορετικά τα σαγόνια;”», λέει.
Biophysics Reviews DOI: 10.1063/5.0325367
