Koszyczek kwiatowy Wenus (Euplectella aspergillum) to zwierzę morskie, które żyje zakotwiczone na dnie głębokiego oceanu w pobliżu Filipin. Wyglądające bardziej jak delikatne rzeźby niż zwierzęta, te gąbki morskie w kształcie rurki stoją zazwyczaj na wysokości 10-30 cm i filtrują maleńkie cząstki żywności z wody morskiej, która przepływa przez ich ciała. Znane również jako gąbki szklane, ich cylindryczne szkielety wykonane są z krzemionki, głównego składnika szkła. Podczas gdy szkło jest zazwyczaj kruchym i delikatnym materiałem, szkielet kosza kwiatu Wenus jest twardy i stabilny dzięki swojemu składowi i sposobowi organizacji. Istnieje co najmniej sześć poziomów organizacji w szkielecie, które rozciągają się od nanometrów do centymetrów w rozmiarze.
Szkielet szklany gąbki składa się ze spiculi, rurkowatych struktur koncentrycznych warstw amorficznej uwodnionej krzemionki, oddzielonych cienkimi warstwami organicznymi, jak paryskie ciastko z odrobiną słodkiego kremu pomiędzy płatkami. Ale te cienkie warstwy organiczne w znacznym stopniu przyczyniają się do nadania spiculom znacznej twardości. Nawet para symbiotycznych krewetek, które żyją uwięzione w szklanym koszyku Wenus, nie jest w stanie się z niego wydostać. W przeciwieństwie do biomineralizacji u innych organizmów, takich jak abalone, część mineralna nie wydaje się mieć regularnego wzoru krystalicznego. Eksperymenty sugerują, że warstwy krzemionki składają się z koloidalnych sfer o średnicy od 50 do 200 nm, które z kolei składają się z mniejszych sfer o średnicy około 2,8 nanometra. Dla porównania, najmniejsze ziarna piasku na plaży (również zwykle krzemionka) mają średnicę około 60 nm.
Każda spicule składa się z naprzemiennych warstw nieorganicznej krzemionki i związków organicznych, wszystkie wokół centralnego filamentu białkowego. Warstwy nieorganiczne wykonane są z uwodnionych nanocząsteczek krzemionki i są stosunkowo sztywne. Warstwy organiczne natomiast wydają się być słabsze i zdolne do pochłaniania energii. Ta laminarna organizacja naprzemiennie sztywnych i słabych warstw może zapobiec rozprzestrzenianiu się pęknięć na powierzchni spiculi w głąb rdzenia.
Na wyższym poziomie organizacji, spicule są ułożone w kwadratową siatkę zwiniętą w rurkę. Jest to główny kształt gąbki szklanej. Dwie oddzielne, ale zachodzące na siebie siatki tworzą główny szkielet, a ponieważ te siatki mogą nadal poruszać się względem siebie, szkielet może być elastyczny podczas wzrostu. Kwadraty kratownicy są wzmocnione przez rozpórki, które biegną pionowo, poziomo i ukośnie. Są one zbudowane z wiązek spiculi i dodatkowo wspierają siatkę przed siłami zginającymi, ślizgającymi i skręcającymi. Na powierzchni rurkowatej struktury tworzą się spiralne grzbiety zbudowane ze spiculi, które rozchodzą się w przeciwnych kierunkach. Te grzbiety również pomagają szkieletowi oprzeć się siłom zgniatającym lub skręcającym.
Czapka na szczycie cylindra utrzymuje go przed zapadaniem się, podczas gdy elastyczna wiązka spiculi kotwiczących utrzymuje cały szkielet przytwierdzony do dna oceanu i zdolny do wytrzymania sił przychodzących z boku. Wreszcie, krzemionkowa matryca z małymi wypustkami osadzonymi w całości cementuje całą strukturę razem i dodatkowo zwiększa wytrzymałość.
Każdy hierarchiczny poziom organizacji w szkielecie kosza kwiatu Wenus przyczynia się do jego ogólnej wydajności mechanicznej. W rezultacie powstała złożona struktura, która jest wytrzymała i stabilna, mimo że jej głównym składnikiem jest naturalnie kruchy materiał.
Aby dowiedzieć się więcej o strukturach hierarchicznych w różnych systemach żywych, sprawdź studium przypadku, „Little Things Multiply Up: Hierarchical Structures” w Zygote Quarterly 9:
Edit Summary