Моллюски с зубами, которые могут шлифовать камни, может стать ключом к созданию износостойких материалов следующего поколения и наноразмерных материалов для производства энергии.
Моллюск, называемый хитоновым хитоном, счищает водоросли с океанических скал, используя специальный набор зубов, сделанный из магнетита и минерального магнетита . Зубы имеют максимальную твердость и жесткость из всех известных биоминеральных. Хотя магнетит является геологическим минералом, обычно встречающимся в земной коре, известно, что его добывают лишь несколько животных, и мало что известно о том, как они его делают.
Лучшее понимание процесса биоминерализации в сочетании с глубоким пониманием архитектуры и механики зубьев хитона может помочь ученым не только улучшить износостойкие покрытия и инструменты, но и помочь в выращивании наноразмерных материалов для энергетики и применения на водной основе.
Теперь, впервые, команда во главе с Мичико Немото, доцентом сельского хозяйства в университете Окаямы и Дэвидом Кисайлусом, профессором материаловедения и химического машиностроения в Колледже инженерии Университета Борнсайда в Риверсайде, обнаружила часть генетической загадки. Это позволяет хитону производить наноматериалы из магнетита.
У хитонов несколько десятков рядов зубов, прикрепленных к лентообразной структуре. Каждый зуб состоит из минерализованного острого острия или заостренной области и основания, поддерживающего минерализованный острый край. Магнетит откладывается только в области острого излома. По мере износа зубов они заменяются новыми, поэтому зубы на разных стадиях формирования всегда присутствуют.
Вместо того, чтобы искать конкретные гены, исследователи изучили транскриптом, набор всех молекул РНК в зубах, чтобы увидеть, какие вещества фактически экспрессируют гены. ДНК содержит чертежи, но РНК — это то, что «транскрибирует» чертежи и помогает их выполнять.
Они обнаружили, что 20 наиболее распространенных РНК-транскриптов в развивающейся области зубов содержат ферритин, белок, который накапливает железо и выделяет его контролируемым образом, тогда как в минерализованной области зубов содержатся белки митохондрий, которые могут обеспечивать энергию, необходимую для трансформации. сырье в магнетит. На полностью минерализованном острие исследователи также определили 22 белка, в состав которых входил новый белок, который они назвали «белок матрицы радикальных зубов». Новый белок может взаимодействовать с другими веществами, присутствующими на зубах, с образованием оксида железа.
Полученные результаты могут помочь ученым решить насущную проблему для электроники следующего поколения — наноразмерных источников энергии для их питания. Знание того, как контролировать рост биологического магнетита, магнитные поля которого имеют электрические приложения, может помочь ученым в создании наноразмерных энергетических материалов .
Статья открытого доступа «Интегрированный транскриптомный и протеомный анализ молекулярного механизма биоминерализации радиальных зубов в Cryptochiton stelleri » была опубликована 29 января в Scientific Reports . Помимо Немото и Кисайла, в число авторов входят Донни Рен, Стивен Эррера, Сонгкин Пан, Такаси Тамура, Кендзи Инагаки.
Теги: энергия
