Biometallo: esplorare il mistero metallico di un'antica mascella

I ricercatori hanno scoperto un'affascinante miscela di biologia e scienza dei materiali nelle mascelle di un antico predatore marino, rivelando proprietà che sfidano le classificazioni tradizionali dei materiali. Un team di scienziati della TU Wien (Università Tecnologica di Vienna) e dell'Università di Vienna ha studiato il verme di seto Perinereis cultrifera, le cui mascelle presentano caratteristiche tipicamente associate ai metalli, spingendoli a introdurre il termine "bio-metallo" per descrivere tali materiali naturali.

Lo studio si è concentrato sulle proprietà strutturali e meccaniche delle fauci dei vermi utilizzando tecniche avanzate come la nanoindentazione, l'analisi chimica e l'imaging ad alta risoluzione. I ricercatori hanno osservato che la concentrazione di ioni metallici era significativamente più alta alle punte delle fauci rispetto alle loro regioni centrali. Questa distribuzione contribuisce all'aumento della durezza ai bordi, consentendo al verme di schiacciare efficacemente la sua preda. Il team ha confermato i risultati precedenti che suggeriscono che la presenza di ioni metallici migliora la resilienza fisica del tessuto della mascella.

Ulteriori indagini hanno rivelato un'altra proprietà intrigante: le mascelle mostravano un fenomeno noto come Nix, Gao nanoindentation size effect, comunemente osservato in metalli come rame e argento. Questo effetto descrive come le regioni più piccole di un materiale diventano progressivamente più dure a causa di cambiamenti nei livelli di deformazione a scala atomica. Nel caso delle mascelle del verme di seto, questo significava che le sezioni più piccole resistevano all'indentamento più di quelle più grandi, rispecchiando il comportamento dei metalli convenzionali. Christian Hellmich, uno degli autori principali dello studio, ha sottolineato che mentre queste proprietà assomigliano a quelle dei metalli sintetici, le origini biologiche del materiale lo differenziano.

Gli scienziati hanno studiato i meccanismi che guidano questi comportamenti meccanici, sviluppando modelli matematici che simulano le interazioni a livello atomico. Questi modelli aiutano a spiegare come l'organizzazione di ioni e proteine all'interno dei tessuti della mascella porti alle risposte meccaniche osservate.

Hellmich ha menzionato che il team sta appena iniziando a grattare la superficie di questo complesso campo, con piani per espandere la loro ricerca per includere altre specie e indagare la relazione tra fattori genetici e proprietà dei materiali.

Man mano che lo studio continua a svilupparsi, il team mira a scoprire di più sui percorsi evolutivi che hanno portato allo sviluppo di materiali così sofisticati in natura. Il loro lavoro non solo avanza nel campo della biofisica, ma apre anche nuove strade per l'innovazione ispirata agli intricati disegni che si trovano nei sistemi viventi.