Venus’ bloemenmand (Euplectella aspergillum) is een zeedier dat verankerd leeft op de diepe oceaanbodem nabij de Filippijnen. Deze buisvormige zeesponzen, die meer op delicate beeldhouwwerken dan op dieren lijken, zijn meestal 10-30 cm groot en filteren minuscule voedseldeeltjes uit het zeewater terwijl het door hun lichaam stroomt. Hun cilindrische skelet, ook wel glassponzen genoemd, is gemaakt van silica, het hoofdbestanddeel van glas. Terwijl glas gewoonlijk een broos en breekbaar materiaal is, is het skelet van de Venusbloemkorf taai en stabiel door zijn samenstelling en de manier waarop het georganiseerd is. Er zijn minstens zes organisatieniveaus in het skelet die variëren van nanometers tot centimeters groot.
Het glasskelet van de spons bestaat uit spicules, buisvormige structuren van concentrische lagen amorfe gehydrateerde silica gescheiden door dunne organische lagen, zoals een Parijs gebakje met slechts een vleugje zoete room tussen schilferige korstjes. Maar deze dunne organische lagen geven de spicules een aanzienlijke taaiheid. Zelfs het symbiotische garnalenpaar dat gevangen zit in de geweven glazen mand van Venus, kan er niet uitbreken. In tegenstelling tot de biomineralisatie bij andere organismen, zoals de zeeoren, lijkt het minerale deel geen regelmatig kristallijn patroon te hebben. Experimenten suggereren dat de kiezelzuurlagen zijn opgebouwd uit colloïdale bolletjes kiezelzuur met een diameter van ongeveer 50 tot 200 nm, die op hun beurt weer zijn opgebouwd uit kleinere bolletjes met een diameter van ongeveer 2,8 nanometer. Ter vergelijking: de kleinste zandkorrels op een strand (ook meestal silica) hebben een diameter van ongeveer 60 nm.
Elke spicule bestaat uit afwisselende lagen van anorganisch silica en organische verbindingen, alle rond een centraal eiwitfilament. De anorganische lagen zijn gemaakt van gehydrateerde siliciumdioxide nanodeeltjes en zijn relatief stijf. De organische lagen daarentegen blijken zwakker te zijn en energie te kunnen absorberen. Deze gelaagde organisatie van afwisselend stijve en zwakke lagen kan voorkomen dat scheuren aan het oppervlak van een spicule zich tot diep in de kern uitbreiden.
Op een hoger organisatieniveau zijn spicules gerangschikt in een vierkant rooster dat tot een buis is opgerold. Dit is de hoofdvorm van de glasspons. Twee afzonderlijke maar overlappende rasters vormen het hoofdframe, en omdat deze rasters nog ten opzichte van elkaar kunnen bewegen, kan het skelet flexibel zijn terwijl het groeit. De vierkanten van het raster worden versterkt door stutten die verticaal, horizontaal en diagonaal lopen. Deze stutten zijn gemaakt van bundels stekels en ondersteunen het raster verder tegen buig-, schuif- en verdraaiingskrachten. Spiraalvormige ribbels van stekels vormen zich op het oppervlak van de buisvormige structuur en wentelen zich in tegengestelde richting rond. Deze ribbels helpen het skelet ook om weerstand te bieden aan verbrijzelings- of verdraaiingskrachten.
Een kap aan de bovenkant van de cilinder voorkomt dat deze instort, terwijl een flexibele bundel ankerspicules het hele skelet aan de oceaanbodem vasthoudt en in staat is om van opzij komende krachten te weerstaan. Tenslotte zorgt een silicamatrix met kleine spicules ervoor dat de hele structuur aan elkaar kleeft en nog sterker wordt.
Elk hiërarchisch organisatieniveau in het skelet van de bloemenmand van Venus draagt bij tot de algemene mechanische prestaties. Het resultaat is een complexe structuur die taai en stabiel is, ook al bestaat het hoofdbestanddeel uit een van nature breekbaar materiaal.
Om meer te weten te komen over hiërarchische structuren in verschillende levende systemen, bekijk de casestudy, “Little Things Multiply Up: Hierarchical Structures” in Zygote Quarterly 9:
Edit Summary