Gli scienziati hanno scoperto che gli antichi vermi marini avevano mascelle fatte di un misterioso bio-metallo

La ricerca, pubblicata su Biophysics Reviews, è stata condotta da un team della TU Wien (Vienna University of Technology) e dell'Università di Vienna, che ha analizzato la struttura e il comportamento meccanico delle parti orali del verme. Lo studio si è concentrato sul verme predatore a setole, che utilizza le sue mascelle per cacciare e consumare la preda. A differenza dei tipici tessuti biologici come l'osso o la cartilagine, le mascelle di Perinereis cultrifera combinano proteine strutturali con ioni metallici, creando un materiale composito che è sia duro che resistente.

I ricercatori hanno identificato tre caratteristiche che definiscono i biometalli: elevata resistenza ai graffi o all'indentamento, una risposta prevedibile allo stress applicato e una disposizione strutturata di ioni metallici e proteine che formano una rete solida. Queste caratteristiche distinguono i biometalli da altri materiali biologici resistenti. Per studiare le proprietà meccaniche delle mascelle, il team ha impiegato un metodo noto come nanoindentation. Questo comporta l'uso di una sonda microscopica per applicare pressione al materiale e misurare quanta forza è necessaria per creare una dentatura. Attraverso ripetuti test in diverse regioni della mascella, i ricercatori hanno mappato variazioni di durezza.

L'analisi chimica e l'imaging dettagliato hanno inoltre rivelato che gli ioni metallici sono concentrati principalmente alle punte delle mascelle, mentre la loro presenza diminuisce verso il centro. Questa distribuzione suggerisce che le punte sono specificamente rinforzate per resistere alle forze esercitate durante l'alimentazione, fornendo al verme un meccanismo di morso più efficace e duraturo. I ricercatori hanno anche esplorato come le mascelle rispondono a vari livelli di profondità di rientramento. A profondità più basse, hanno osservato un fenomeno noto come Nix, Gao nanoindentation size effect, tipicamente associato a metalli tradizionali come rame e argento.

Questo effetto indica che le aree più piccole di un materiale tendono a resistere alla deformazione in modo più efficace rispetto a quelle più grandi. Nelle mascelle del verme, questo significava che le risposte allo stress localizzato diventavano più pronunciate nei punti di rientranza più piccoli, suggerendo che la struttura interna del materiale consente un maggiore incastro dei difetti, migliorando la sua resistenza alla deformazione. Mentre le mascelle presentano molte proprietà simili al metallo, non sono identiche ai metalli sintetici. Lo studio evidenzia diversi comportamenti meccanici unici che differenziano le mascelle del verme dai metalli convenzionali.

Ad esempio, l'interazione tra ioni metallici e le proteine crea un sistema dinamico che si adatta allo stress in modo distinto dai materiali inorganici. Questa adattabilità potrebbe fornire informazioni sullo sviluppo di materiali biomimetici avanzati con applicazioni in ingegneria e medicina. La scoperta di biometalli in Perinereis cultrifera sottolinea la complessità dei materiali naturali e il potenziale dei sistemi biologici per ispirare innovazioni tecnologiche. Gli scienziati stanno ora cercando di esplorare se meccanismi simili esistono in altri organismi, portando potenzialmente a scoperte nella scienza dei materiali e nella biotecnologia.

I risultati suggeriscono che la natura ha sviluppato soluzioni sofisticate per le sfide meccaniche, offrendo preziose lezioni per i materiali creati dall'uomo.