De ontdekking zou kunnen inspireren tot meer optimale materialen voor zonnepanelen en ruimtevaart
Onderzoekers hebben ontdekt hoe oesters en andere weekdieren zulke symmetrische parels kweken, zoals die van de hier afgebeelde Akoya-pareloesters. De vondst kan inspireren tot nieuwe materialen voor zonnepanelen en ruimtevaartuigen.
Eeuwenlang hebben onderzoekers zich afgevraagd hoe oesters verbluffend symmetrische, perfect ronde parels groeien rond onregelmatig gevormde zandkorrels of stukjes puin. Nu heeft een team aangetoond dat oesters, mosselen en andere weekdieren een complex proces gebruiken om de edelstenen te laten groeien volgens wiskundige regels die overal in de natuur te zien zijn.
Parels worden gevormd wanneer een irriterend middel vast komt te zitten in een weekdier, en het dier beschermt zichzelf door er gladde lagen mineraal en eiwit omheen te bouwen – samen genoemd parelmoer. Elke nieuwe laag parelmoer die over dit asymmetrische centrum wordt gebouwd, past zich precies aan de voorgaande aan, oneffenheden gladstrijken om te resulteren in een ronde parel, volgens een analyse gepubliceerd op 19 oktober in de Proceedings van de National Academy of Sciences.
“Parelmoer is dit ongelooflijk mooie, iriserende, glanzende materiaal dat we aan de binnenkant van sommige schelpen of aan de buitenkant van parels zien”, zegt Laura Otter, een biogeochemicus aan de Australian National University in Canberra.
De symmetrische groei van een parel terwijl deze laagjes parelmoer legt, is afhankelijk van het weekdier dat twee basismogelijkheden in evenwicht houdt, ontdekten Otter en haar collega’s. Het corrigeert groeiafwijkingen die verschijnen als de parel zich vormt, en voorkomt dat deze variaties zich over de vele lagen van de parel voortplanten. Anders zou de resulterende edelsteen scheef zijn.
Bovendien moduleert het weekdier de dikte van parelmoerlagen, zodat als een laag bijzonder dik is, de volgende lagen als reactie daarop dunner zullen zijn (SN: 24/3/14). Dit helpt de parel een vergelijkbare gemiddelde dikte te behouden over zijn duizenden lagen, zodat hij er perfect rond en uniform uitziet. Zonder die constante aanpassing zou een parel op gelaagd sedimentair gesteente kunnen lijken en kleine onvolkomenheden versterken die afbreuk doen aan zijn bolvorm.
De onderzoekers bestudeerden keshi-parels verzameld uit Akoya-pareloesters (Pinctada imbricata fucata) bij een parelboerderij in het oosten van Australië. Ze gebruikten een diamanten draadzaag om de parels in dwarsdoorsneden te snijden, polijstten en onderzochten de edelstenen met behulp van Raman-spectroscopie, een niet-destructieve techniek waarmee ze de structuur van de parels konden karakteriseren. Voor een van de parels die in het papier werden tentoongesteld, telden ze 2.615 lagen, die in 548 dagen werden afgezet.
De analyse onthulde dat fluctuaties in de dikte van de parellagen van parelmoer een fenomeen vertonen dat 1/f-ruis wordt genoemd, of roze ruis, waarin gebeurtenissen die willekeurig lijken, in werkelijkheid verband houden. In dit geval kan de vorming van parelmoerlagen van verschillende diktes willekeurig lijken, maar is in feite afhankelijk van de dikte van eerdere lagen. Hetzelfde fenomeen is aan het werk bij seismische activiteit: het gerommel van de grond lijkt willekeurig, maar is in feite verbonden met eerdere recente seismische activiteit. Roze ruis duikt ook op in klassieke muziek en zelfs bij het monitoren van hartslag en hersenactiviteit, zegt co-auteur Robert Hovden, een materiaalwetenschapper en ingenieur aan de Universiteit van Michigan in Ann Arbor. Deze verschijnselen “behoren tot een universele klasse van gedrag en fysica”, zegt Hovden.
Dit is de eerste keer dat onderzoekers hebben gemeld “dat parelmoer zichzelf geneest en wanneer een defect zich voordoet, geneest het zichzelf binnen een paar [layers], zonder een externe steiger of sjabloon te gebruiken”, zegt Pupa Gilbert, een natuurkundige die biomineralisatie bestudeert aan de Universiteit van Wisconsin-Madison en niet betrokken was bij het onderzoek. “Parelmoer is een nog opmerkelijker materiaal dan we eerder hadden gewaardeerd.”
Otter merkt op: “Deze nederige wezens maken een superlicht en supersterk materiaal zoveel gemakkelijker en beter dan wij met al onze technologie.” Parelmoer is gemaakt van alleen calcium, carbonaat en eiwit en is “3.000 keer sterker dan de materialen waaruit het is gemaakt.”
Dit nieuwe begrip van parels, voegt Hovden toe, zou de inspiratie kunnen zijn voor “de volgende generatie supermaterialen”, zoals energiezuinigere zonnepanelen of taaie en hittebestendige materialen die zijn geoptimaliseerd voor gebruik in ruimtevaartuigen.
