Геологи раскрывают секреты образования минералов, потенциально полезные для новых технологий

Исследователи из Виргинского политехнического института обнаружили, что определенные типы сахаров, известные как полисахариды, могут контролировать время и место образования минералов, которые животные используют для создания твердых структур, таких как раковины и экзоскелеты моллюсков, омаров и креветок.

Это открытие, описанное в Proceedings of the National Academy of Sciences, предлагает новую теорию о том, как заряженные и незаряженные сахара могут быть использованы для создания скелетных структур. Ранее основное внимание в изучении биоминерализации уделялось белкам, контролирующим начальную стадию образования первых кристаллов. Однако исследование показывает, что органические молекулы влияют на формирование минералов как континуум энергетических взаимодействий, управляемых кислотными и нейтральными химическими доменами. Каждый тип полисахарида может регулировать энергетический барьер для ионов кальция и карбоната, чтобы начать строительство кости или раковины.

Работа имеет важное значение для прогнозирования реакции морских организмов, включая микроскопический планктон, на изменение химического состава океана. Кроме того, понимание этих механизмов открывает путь к разработке новых синтетических материалов для восстановления костей или тканевых имплантатов. «Природа имела 500 миллионов лет, чтобы стать удивительным химиком-материаловедом», — отмечает профессор Патрисия Дав. — Мы можем использовать эти знания для новых экологических, медицинских и технологий, основанных на материалах».

Исследование, поддержанное Министерством энергетики США и Национальным научным фондом, также может помочь понять, почему организмы менялись в палеонтологической летописи. Как отмечает независимый эксперт Клара Чан, это исследование показывает, что биоминерал, вероятно, формируется на почти нейтральном полисахариде, подобном гелю, минимизируя энергию системы — сложный процесс, который способны осуществлять даже простейшие одноклеточные микроорганизмы.