Venus blomsterkorg (Euplectella aspergillum) är ett havsdjur som lever förankrat på den djupa havsbotten nära Filippinerna. Dessa rörformade havssvampar, som mer liknar delikata skulpturer än djur, är vanligtvis 10-30 cm höga och filtrerar små matpartiklar från havsvattnet när det strömmar genom deras kroppar. De kallas också för glassvampar eftersom deras cylindriska skelett består av kiseldioxid, som är huvudbeståndsdelen i glas. Medan glas normalt sett är ett sprött och bräckligt material, är Venusblomskorgens skelett segt och stabilt tack vare sin sammansättning och hur det är organiserat. Det finns minst sex organisationsnivåer i skelettet som sträcker sig från nanometer till centimeter i storlek.
Svampens glasskelett består av spikuler, rörstrukturer av koncentriska lager av amorft vattenhaltigt kiseldioxid som är åtskilda av tunna organiska skikt, likt ett parisiskt bakverk med bara en gnutta söt grädde mellan flagnande skorpor. Men dessa tunna organiska lager bidrar i hög grad till att ge spikulerna en avsevärd seghet. Inte ens det par symbiotiska räkor som lever sina liv instängda i Venus’ vävda glaskorg kan bryta sig ut. Till skillnad från biomineralisering i andra organismer, t.ex. abalone, verkar mineraldelen inte ha ett regelbundet kristallint mönster. Experiment tyder på att kiselskikten består av kolloidala sfärer av kiseldioxid med en diameter på cirka 50 till 200 nm, som i sin tur består av mindre sfärer med en diameter på cirka 2,8 nanometer. Som jämförelse kan nämnas att de minsta sandkornen på en strand (som också vanligtvis består av kiseldioxid) har en diameter på cirka 60 nm.
Varje spikula består av omväxlande lager av oorganisk kiseldioxid och organiska föreningar, allt runt en central proteinfilament. De oorganiska lagren består av hydrerade kiseldioxidnanopartiklar och är relativt styva. De organiska lagren verkar däremot vara svagare och kan absorbera energi. Denna laminerade organisation av omväxlande styva och svaga lager kan förhindra att sprickor på ytan av en spikula sprider sig djupt in i kärnan.
På en högre organisationsnivå är spikulorna arrangerade i ett kvadratiskt gitter som rullats ihop till ett rör. Detta är den huvudsakliga formen för glassvampen. Två separata men överlappande gitter utgör huvudramen, och eftersom dessa gitter fortfarande kan röra sig i förhållande till varandra kan skelettet vara flexibelt medan det växer. Gitterets rutor förstärks av stöttor som löper vertikalt, horisontellt och diagonalt. Dessa stöttor är gjorda av buntar av spikuler och stödjer ytterligare gitteret mot böjande, glidande och vridande krafter. Spiralformade kammar av spikuler bildas på ytan av den rörformade strukturen och spiralar runt i motsatt riktning. Dessa kammar hjälper också skelettet att stå emot kläm- och vridkrafter.
Ett lock i toppen av cylindern hindrar den från att kollapsa, medan ett flexibelt knippe av ankarspikuler håller hela skelettet fäst vid havsbottnen och kan motstå krafter som kommer från sidan. Slutligen cementerar en kiselmatris med små spikuler inbäddade överallt hela strukturen och ökar styrkan ytterligare.
Varje hierarkisk organisationsnivå i Venusblomkorgens skelett bidrar till dess övergripande mekaniska prestanda. Resultatet är en komplex struktur som är tuff och stabil trots att dess huvudingrediens är ett naturligt bräckligt material.
För att lära dig mer om hierarkiska strukturer i olika levande system kan du läsa fallstudien ”Little Things Multiply Up: Hierarchical Structures” i Zygote Quarterly 9:
Redigera Sammanfattning