Глубоководные губки подсказали ученым, как сделать композитные волокна с новыми свойствами. Сверхпрочные нити помогают губкам веками не отрываться от океанического дна.
Существа, обитающие на четырехкилометровой глубине на дне океанов, помогут инженерам освоить производство уникальных по прочности и гибкости композитных материалов. В этих глубинах обитает морская стеклянная губка Hyalonema, которая прикрепляется к песчаному дну при помощи силикатных микроволокон, или спикул, длиной до одного метра. Благодаря спикулам кишечнополостные не только закрепляются в морском грунте, но и могут эффективно противостоять сильным подводным течениям, которые пригибают метровую губку к поверхности дна. Синтетические керамические материалы такого диаметра при аналогичных нагрузках непременно ломаются.
Биохимические и физические свойства спикул глубоководного организма пять лет исследовала группа ученых под руководством ведущего эксперта по морским биоматериалам Доктора Германа Эрлиха из Дрезденского технического университета. В исследованиях принял участие специалисты из Великобритании, Санкт-Петербурга, Москвы и Владивостока.
«Спикулы имеют многослойное строение, они построены по принципу «цилиндр в цилиндре». Эти спикулы обладают поразительными оптическими свойствами, они одновременно прочные (время жизни стеклянных губок составляет столетия) и гибкие (их можно связать в петлю)», -- сообщают авторы исследования. Можно только догадываться, сколько раз за сотни лет подводные течение заставляют согнуься волокнистую структуру спикулы.
Проверено веками
«Нам удалось установить, что эластичность силикатных спикул губки обусловлена нановолокнами структурного белка-коллагена, который составляет органический каркас силикатных скелетных волокон. Этот коллаген гидроксилирован, чем принципиально отличается от коллагена скелета человека и других высших животных», -- сообщил Infox.ru автор исследования Герман Эрлих. Именно дополнительные гидроксильные группы в молекуле спикульного коллагена обусловливают их эффективное взаимодействие с молекулами кремниевой кислоты. Уникален и механизм силикатизации губочного коллагена, так как он протекает при температурах близких к нулю по Цельсию, а у антарктических стеклянных губок -- вообще при температуре --1,5°C.
Стеклянные губки относятся к первым многоклеточным организмам на планете и возникли, вероятно, более 600 миллионов лет тому назад. По словам биохимиков, способность губок выжить в экстремальных условиях в течение такого длительного в эволюционном отношении времени обусловлена специфической наноструктурной организацией опорных спикул, представляющих собой уникальный биокомпозитный материал, в состав которого входят белки и кремний. «Экспериментальные результаты позволяют начать разработку стратегий и технологий получения новых нанокомпозитных биоматериалов в области так называемой экстремальной биомиметики, то есть при очень низких температурах и высоком давлении», -- добавил доктор Эрлих.
Работа опубликована в журнале Nature Chemistry.
