La coquille particulière du brachiopode Discinisca tenuis n’est pas facile et cassante mais devient molle et flexible lorsqu’elle est soumise à l’eau. Crédit : Laboratoire national de Brookhaven
Une équipe de recherche mondiale avec la participation de l’Institut John Scherrer PSI a révélé le secret de la coquille d’un animal marin : les chercheurs ont déchiffré pourquoi la couverture défensive du brachiopode En savoir plus sur la minceur devient incroyablement doux dans l’eau potable et redevient dur dans l’air. L’étude paraît aujourd’hui (10 septembre 2021) dans le dossier Communication des personnages .
Le brachiopode En savoir plus sur la minceur vie sur la côte ouest de l’Afrique. Ils ont un revêtement riche en minéraux qui le protège des influences néfastes de l’environnement. Le bain d’une coque particulière dans de l’eau potable entraîne une modification structurelle des matériaux : la coque plate et résistante devient donc flexible et peut également être repliée sans se casser. Avec l’aide de la source de lumière suisse particulière SLS , les chercheurs ont déchiffré exactement comment cette transformation particulière a lieu.
Le phénomène a été découvert par hasard il y a quelques années par Fabio Nudelman, le chimiste des matériaux actuellement à l’École de chimie de l’Université d’Édimbourg en Écosse. Maggie Cusack, qui avait récemment été nommée directrice générale de l’Université technique de Munster en Irlande en Europe, avait fourni à Nudelman des coquillages de brachiopode En savoir plus sur la minceur , qui est généralement originaire de Namibie. Lorsqu’il a voulu laver l’article dur, il est soudain devenu doux et polyvalent au contact de l’eau. La coque particulière avait utilisé du liquide et a donc changé sa construction. Le processus était inversible : lorsque la coquille se desséchait, elle redevenait difficile et cassante.
Johannes Ihli et le co-auteur Klaus Wakonig de la ligne de lumière cSAXS de SLS. Crédit : Institut John Scherrer / Markus Fischer
Avec des collègues de 6 pays, Nudelman a tenté de découvrir ce qui se passe exactement lors de ce changement inattendu. « Dans sa structure, la coquille est semblable à l’os », explique-t-il. « Mais les fragments d’os ne modifient pas la structure lorsqu’ils seront mouillés. « Exactement la même chose pour les palourdes : lorsque les animaux doivent ajuster les propriétés de la coquille à différentes conditions environnementales, ils doivent généralement retravailler le matériau particulier dans un processus prolongé et énergétiquement coûteux, en résorbant et en redistribuant les nutriments. Il ne fonctionne pas simplement par assimilation d’eau.
Matériau hybride ayant une astuce spéciale
C’est ce qu’on appelle la cryo-tomographie, réalisée à la source lumineuse suisse SLS, qui va “ouvrir la porte afin de révéler le secret”, explique Johannes Ihli, spécialiste du PSI chez SLS. En utilisant cette technique, les scientifiques ont examiné les matériaux comme sous un microscope à très haute résolution et à des températures incroyablement basses. « À température ambiante, cela n’aurait pas été possible, car la lumière à rayons X à haute énergie altérerait instantanément la structure sensible du couvercle », explique Ihli.
La coquille du brachiopode, qui ne mesure pas plus de la moitié du millimètre d’épaisseur, comprend un matériau hybride : principalement un minéral inorganique dans lequel sont incrustés des polymères organiques fabriqués à partir de protéines et de sucre. Les fragments d’os, les coquilles de palourdes et les dents sont organisés de la même manière à partir d’une combinaison de matériaux organiques et inorganiques. Le minéral particulier qui comprend le composant principal de la coquille particulière est une sorte de fluoroapatite – comme le matériau qui compose l’émail de nos dents.
De minuscules nanocristaux de ce matériau sont généralement disposés en niveaux. Nudelman compare cela à l’espace d’un mur de briques : « Dans cet exemple, les briques seraient les nanocristaux, et le mortier entre les briques contient des molécules organiques, par exemple de la chitine et des protéines saines. » Comme l’ont observé les experts, ce « mortier » peut absorber des quantités d’eau considérables, ce qui l’amène à grossir. A travers l’espace de stockage de l’eau, celle-ci change de cadre : elle devient molle, de même que les briques deviennent portables les unes par rapport aux autres. « Ensuite, l’eau agit comme un lubrifiant entre les nanocristaux de la personne », explique Ihli. « L’acide urique peut alors glisser l’un vers l’autre. ” Grâce à ce mouvement, la coque particulière devient polyvalente. Les chercheurs ont découvert un réseau associé à des pores dans le revêtement qui était particulièrement efficace pour guider l’eau potable à l’intérieur et la distribuer rapidement à travers l’ensemble du matériau.
Avantage majeur
En savoir plus sur la minceur vit en grands groupes dans les zones de marée et les zones spécifiques sur la côte exactement où, selon la marée, les animaux particuliers sont exposés à des vagues solides ou des eaux détendues. Les experts spéculent qu’il est peut-être avantageux que les animaux puissent adapter rapidement la douceur ou la solidité particulière de leur coquille à la situation respective : « Cela pourrait éviter d’endommager la coquille et donc être une clé pour la survie des animaux », écrivent-ils dans l’étude. La tendance est peut-être même plus populaire qu’on ne le pensait : « Nous ne savons pas comment un certain nombre d’autres espèces animales pourraient avoir ce genre de maison », explique Nudelman.
Outre le domaine de la biologie et de l’évolution, les informations nouvellement acquises sont également intéressantes pour la science des matériaux : l’introduction de matériaux durs et cassants dont la rigidité pourrait être contrôlée pourrait tenir la promesse de nombreux programmes. Des vêtements de sport ou même des casques, par exemple, pourraient éventuellement s’adapter avec souplesse aux mouvements et offrir toujours la protection requise en fonction de l’impact. L’exploitation de ce phénomène particulier pourrait également s’avérer utile dans le développement de matériaux de remplacement osseux.
Point de référence : « Adaptation mécanique associée aux carapaces de brachiopodes par des changements structurels induits par l’hydratation » par J. Ihli, AS Schenk, S. Rosenfeldt, Royaume-Uni. Wakonig, M. Holler, G. Falini, T. Pasquini, E. Delacou, J. Buckman, Big t. S. Glen, Big t. Kress, ELR Tsai, Deb. G. Reid, Mirielle. J. Duer, Mirielle. Cusack et Farrenheit. Nudelman, le 10 septembre 2021, Communication Nature .
DOI : dix. 1038/s41467-021-25613-4
