Inżynier koralowiec

Uczeni od dawna podglądają naturę i naśladują jej rozwiązania. Przykładem mogą być nowoczesne stroje pływaków sportowych, wzorowane na budowie skóry rekinów. Być może również odkrycie zespołu polskich naukowców, opublikowane w jednym z ostatnich numerów prestiżowego tygodnika naukowego „Science”, przyczyni się do opracowania nowych materiałów. Dokonała go interdyscyplinarna grupa: doc. Jarosław Stolarski z Instytutu Paleobiologii PAN w Warszawie, dr hab. Radosław Przeniosło z Wydziału Fizyki i dr Maciej Mazur z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego.

– Zajmujemy się budową biominerałów już na poziomie atomowym – mówi doc. Stolarski, który jest pierwszym autorem pracy opublikowanej w „Science” (jej współautorem jest również Anders Meibom z Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu). – Chcieliśmy rozwiązać zagadkę dotyczącą ewolucji koralowców, nad którą głowiono się przez ponad sto lat. Za pomocą specjalnego mikroskopu o niezwykle dużej rozdzielczości, tzw. mikroskopu sił atomowych, uczeni badali zbudowane z kalcytu (węglanu wapnia) szkielety korali. Okazało się, że poszczególne kryształy tego minerału – choć na oko przypominają masywne kryształy nieorganiczne – są zbudowane z drobnych ziaren o rozmiarach kilkudziesięciu nanometrów (nanometr to milionowa część milimetra).

– Taka budowa szkieletu korala sprawia, że jest on dużo bardziej wytrzymały niż niektóre rodzaje betonu. Jeśli poznamy sposób, w jaki zwierzęta tworzą ten naturalny nanokompozyt, i skopiujemy go w laboratorium, może uda nam się wyprodukować nowoczesne, bardzo wytrzymałe materiały, stosowane np. w medycynie jako implanty kostne – tłumaczy doc. Stolarski.

Jednak głównym tematem pracy, opublikowanej w „Science”, było wyjaśnienie zagadki ewolucji koralowców. Są to jedne z najdziwniejszych zwierząt morskich na Ziemi. Dziś żyje ich kilka tysięcy gatunków, spośród których część potrafi budować przepiękne podwodne rafy. Tworzą je bardzo małe, kilkumilimetrowe zwierzęta, wytwarzające wapienny szkielet. Kiedy obumierają, jeszcze bardzo długo pozostaje po nich wapienna struktura, stając się siedliskiem dla kolejnych pokoleń korali.

Rafy koralowe zaczęły powstawać w paleozoiku, około pół miliarda lat temu. Pierwsze koralowce wytwarzały swój szkielet z kalcytu. Jednak w kolejnej epoce geologicznej, mezozoiku, nastąpiła zasadnicza zmiana (i tak jest do dziś) – te małe zwierzęta jako budulec zaczęły stosować aragonit, jeszcze inną odmianę węglanu wapnia. Jest ona znacznie mniej trwała i z czasem, na skutek naturalnych procesów geologicznych, przekształca się w kalcyt. Do tej pory w szkieletach kopalnych koralowców opisywano tylko ten wtórny, tworzony bez udziału organizmu, kalcyt. Autorzy pracy opublikowanej w „Science” przeanalizowali dokładnie skamieniałości niektórych mezozoicznych koralowców i wykazali, że wśród zwierząt o szkielecie aragonitowym istniały również gatunki potrafiące wytwarzać kalcyt. W ten sposób znikł problem całkowitej odrębności mineralogii między obydwiema wielkimi grupami koralowców (paleozoicznych i mezozoicznych), co otwiera drogę do przeanalizowania ich pokrewieństw.

– To jest ważne odkrycie z punktu widzenia paleobiologii, choć doskonale rozumiem, że dla laika może być zagadnieniem bardzo hermetycznym. Jednak nasze badania mają o wiele szersze znaczenie. Udało nam się bowiem pokazać, dzięki wyrafinowanym eksperymentom fizycznym, przeprowadzonym z wykorzystaniem europejskiego synchrotronu (ESRF) w Grenoble, że ślady działania organizmów żywych można znaleźć już na poziomie ułożenia atomów w biominerale. Dzięki temu wiadomo, że nawet bardzo mały fragment minerału może zawierać informacje, czy jest on pozostałością np. jakiegoś zwierzęcia, czy też po prostu kawałkiem martwej materii – mówi doc. Stolarski.

Marcin Rotkiewicz