Il cesto di fiori di Venere (Euplectella aspergillum) è un animale marino che vive ancorato al fondo profondo dell’oceano vicino alle Filippine. Assomigliando più a delicate sculture che ad animali, queste spugne marine a forma di tubo sono alte in genere 10-30 cm e filtrano minuscole particelle di cibo dall’acqua di mare che scorre attraverso i loro corpi. Conosciute anche come spugne di vetro, i loro scheletri cilindrici sono fatti di silice, il componente principale del vetro. Mentre il vetro è normalmente un materiale fragile e fragile, lo scheletro del cesto di fiori di Venere è duro e stabile grazie alla sua composizione e alla sua organizzazione. Ci sono almeno sei livelli di organizzazione nello scheletro che vanno dai nanometri ai centimetri di dimensione.
Lo scheletro di vetro della spugna è costituito da spicole, strutture tubolari di strati concentrici di silice idrata amorfa separate da sottili strati organici, come un pasticcino parigino con solo una punta di crema dolce tra croste sfogliate. Ma questi sottili strati organici fanno molto per conferire alle spicole una notevole durezza. Anche la coppia di gamberetti simbionti che vivono la loro vita intrappolati nel cestino di vetro intrecciato di ciascuna Venere non può evadere. A differenza della biomineralizzazione in altri organismi come l’abalone, la parte minerale non sembra avere un modello cristallino regolare. Gli esperimenti suggeriscono che gli strati di silice sono costituiti da sfere colloidali di silice di circa 50-200 nm di diametro, che sono a loro volta costituite da sfere più piccole di circa 2,8 nanometri di diametro. In confronto, i più piccoli granelli di sabbia su una spiaggia (anch’essi di solito di silice) hanno un diametro di circa 60 nm.
Ogni spillo consiste in strati alternati di silice inorganica e composti organici, tutti intorno a un filamento proteico centrale. Gli strati inorganici sono fatti di nanoparticelle di silice idratata e sono relativamente rigidi. Gli strati organici, invece, sembrano essere più deboli e in grado di assorbire energia. Questa organizzazione laminata di alternanza di strati rigidi e deboli può impedire che le crepe sulla superficie di una spicola si diffondano in profondità nel nucleo.
A un livello più alto di organizzazione, le spicole sono disposte in un reticolo quadrato arrotolato in un tubo. Questa è la forma principale della spugna di vetro. Due reticoli separati ma sovrapposti costituiscono la struttura principale, e poiché questi reticoli possono ancora muoversi l’uno rispetto all’altro, lo scheletro può essere flessibile mentre cresce. I quadrati del reticolo sono rinforzati da puntoni che corrono verticalmente, orizzontalmente e diagonalmente. Questi montanti sono fatti di fasci di spicole e sostengono ulteriormente i reticoli contro le forze di flessione, scivolamento e torsione. Le creste elicoidali fatte di spicole si formano sulla superficie della struttura a forma di tubo e girano a spirale in direzioni opposte. Queste creste aiutano anche lo scheletro a resistere alle forze di schiacciamento o di torsione.
Un tappo in cima al cilindro impedisce che crolli, mentre un fascio flessibile di spicole di ancoraggio mantiene l’intero scheletro attaccato al fondo dell’oceano e in grado di resistere alle forze provenienti dal lato. Infine, una matrice di silice con piccole spicole incorporate cementa l’intera struttura insieme e aumenta ulteriormente la forza.
Ogni livello gerarchico di organizzazione nello scheletro del cesto di fiori di Venere contribuisce alla sua prestazione meccanica complessiva. Il risultato è una struttura complessa che è dura e stabile anche se il suo ingrediente principale è un materiale naturalmente fragile.
Per saperne di più sulle strutture gerarchiche in vari sistemi viventi, controlla il caso di studio, “Little Things Multiply Up: Hierarchical Structures” in Zygote Quarterly 9:
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