Esattamente come fa il corallo a formare il suo scheletro, a un riccio di mare la crescita di una spina dorsale o un abalone a formare la madreperla nel suo guscio? Un nuovo studio presso l'Advanced Light Source presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia ha rivelato che questo processo di biomineralizzazione, che le creature marine utilizzano per bloccare il carbonio nei loro corpi, è più complesso e diversificato di quanto si pensasse in precedenza. /P>
I ricercatori hanno studiato i bordi di campioni di coralli, ricci di mare e molluschi, dove i blocchi temporanei noti come "precursori minerali" iniziano a formare il nuovo guscio o scheletro. Lì trovarono una sorpresa:i coralli e i molluschi producevano un precursore minerale che non era mai stato osservato prima negli organismi viventi e che solo di recente era stato creato sinteticamente.
Hanno anche riscontrato varietà nei tipi di elementi costitutivi presenti. Gli scienziati si aspettavano di vedere precursori “amorfi”, minerali privi di una struttura atomica ripetitiva. Lo hanno fatto, ma hanno anche trovato precursori "cristallini", minerali più strutturati e ordinati. La ricerca è pubblicata sulla rivista Nature Communications .
"Un'osservazione affascinante è che gli scheletri di corallo e la madreperla dei molluschi si formano esattamente con gli stessi precursori, ma si sono evoluti in modo completamente separato l'uno dall'altro", ha affermato Pupa Gilbert, scienziato in visita al Berkeley Lab e professore all'Università del Wisconsin. , Madison. Ha notato che le due specie hanno iniziato a produrre biominerali molto tempo dopo che si erano differenziate l'una dall'altra sull'albero della vita.
"È interessante perché significa che creare un biominerale in questo modo, con così tanti precursori, è un vantaggio evolutivo:dal punto di vista energetico, termodinamico o in qualche altro modo", ha detto Gilbert. "Come fisico, trovo affascinante il fatto che gran parte della vita, e della biologia in generale, sfrutti la bellezza della fisica per ottenere vantaggi evolutivi."
Gli scienziati hanno anche scoperto proporzioni diverse degli elementi costitutivi presenti nelle diverse specie. Il precursore minerale a sorpresa, il carbonato di calcio emiidrato (CCHH), e un altro elemento costitutivo (monoidrocalcite o MHC) sono stati entrambi trovati nei coralli e nei molluschi. Ma CCHH e MHC sono presenti solo in tracce nelle spine dei ricci di mare, suggerendo che animali diversi adottano approcci diversi alla biomineralizzazione.
I ricercatori hanno fatto la scoperta utilizzando l’Advanced Light Source (ALS), un acceleratore di particelle circolare che produce intensi fasci di luce. L'ALS può agire come un potente microscopio, fornendo informazioni sulla struttura atomica e chimica dei campioni. Gli scienziati hanno utilizzato due diverse tecniche per studiare la superficie dei materiali e la loro composizione chimica, rivelando minerali inaspettati e la varietà degli elementi costitutivi.
"È tremendamente complicato eseguire questi esperimenti perché dobbiamo analizzare i campioni immediatamente, mentre sono freschi, per vedere i precursori mentre si formano i biominerali", ha detto Gilbert.
"Se aspettiamo solo un giorno, perdiamo queste fasi che esistono solo transitoriamente. Al Berkeley Lab, abbiamo questa capacità unica di poter preparare i campioni sul posto e quindi avere accesso a questo fantastico raggio e ai microscopi che sono i migliori sul mercato. mondo e fornirci la risoluzione su scala nanometrica e la sensibilità alla profondità di cui abbiamo bisogno."
Per studiare le particelle minerali a questo livello minuscolo, i ricercatori hanno anche sviluppato un nuovo metodo chiamato “Myriad Mapping”. La tecnica consente di visualizzare in un'unica immagine tutte le diverse tipologie e le relative concentrazioni di minerali; i metodi precedenti limitavano i ricercatori a soli tre tipi di minerali. L'approccio potrebbe avere applicazioni anche in altri campi che vanno dalla scala atomica a quella cosmica.
Gilbert e i suoi collaboratori stanno conducendo ricerche su come la crescente acidità dell'acqua oceanica influisce sul modo in cui le creature marine producono biominerali. Comprendere il processo è fondamentale per prevedere come la vita marina risponderà ai cambiamenti ambientali, come l'aumento dell'acidità degli oceani causati dai cambiamenti climatici.
Ulteriori informazioni: Connor A. Schmidt et al, Myriad Mapping of nanoscale minerali rivela carbonato di calcio emiidrato nella formazione di madreperla e biominerali di corallo, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46117-x
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dal Lawrence Berkeley National Laboratory
