金星の花籠(Euplectella aspergillum)は、フィリピン付近の深海底に固定されて生息する海洋動物である。 動物というより繊細な彫刻のように見えるこの海綿は、通常10~30cmの高さの筒状で、海水が体内を流れる際に海水中の小さな食物粒子を濾過します。 ガラスの主成分であるシリカでできた円筒形の骨格は、ガラス海綿とも呼ばれる。 通常、ガラスはもろく壊れやすい素材だが、金星の花籠の骨格は、その組成と組織のあり方によって、丈夫で安定している。
スポンジのガラス骨格は、薄い有機層で区切られた非晶質水和シリカの同心円層からなる細管構造でできており、薄皮の間に甘いクリームがほんの少し入ったパリのお菓子のような構造になっています。 しかし、この薄い有機層が、スピキュールにかなりの強靭さを与えている。 ビーナスが編んだガラスの籠の中で共生する一対のエビでさえ、抜け出すことができないのだ。 アワビなどのバイオミネラリゼーションとは異なり、鉱物の部分は規則的な結晶パターンを持っていないようだ。 実験によると、シリカ層は直径50〜200nm程度のシリカのコロイド球でできており、それが直径2.8ナノメートル程度の小さな球で構成されているという。 それに比べて、海岸の最小の砂粒(これも通常はシリカ)の直径は約60nmです。
各子球は、中央のタンパク質フィラメントの周囲に、無機シリカと有機化合物の層が交互に重なっています。 無機層は水和シリカナノ粒子でできており、比較的硬い。 しかし、有機物層は弱く、エネルギーを吸収することができるようだ。
さらに高度な組織化では、スピキュールは正方形の格子を筒状に巻いて配列しています。 これがガラススポンジの主な形状である。 2つの別々の、しかし重なり合った格子が主骨格を構成しており、これらの格子はまだ相対的に動くことができるので、成長中の骨格は柔軟であることができるのです。 格子の四角い部分は、縦、横、斜めに走る支柱で補強されています。 この支柱はスピキュールの束でできており、曲げたり、滑らせたり、ねじったりする力に対して、さらに格子を支えている。 管状構造の表面には、スピキュールからなる螺旋状の隆起が形成され、反対方向に螺旋状に回転している。 この稜線は、骨格が押しつぶされたりねじれたりする力に抵抗するのにも役立ちます。
円筒の上部にあるキャップは、骨格が崩れないようにし、柔軟なアンカー細片の束は骨格全体を海底に固定し、横から来る力に耐えられるようにしています。 最後に、小さな棘突起が全体に埋め込まれたシリカマトリックスが構造全体を固め、さらに強度を高めます。
金星の花籠の骨格の各階層レベルの組織は、全体の機械的性能に寄与しています。 その結果、主成分が天然の壊れやすい材料であるにもかかわらず、丈夫で安定した複雑な構造が生まれました」
様々な生命システムにおける階層構造についてもっと知りたい方は、Zygote Quarterly 9:
Edit Summaryにあるケーススタディ「小さなものがどんどん増える:階層的構造」をチェックしてみてください。