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Las ostras producen materiales espumosos con una técnica parecida a la impresión 3D

Las ostras y, en general, los moluscos (así como otros grupos de invertebrados) segregan sus conchas a través de un espacio extremadamente reducido (mucho menor de una micra) que existe entre el tejido vivo que segrega la concha (el manto) y la superficie de crecimiento de la concha que existe en todos los moluscos. Este es el llamado espacio extrapaleal (palio=manto).

El equipo se ha centrado en la familia de las grifeas que fue un grupo muy importante durante el Jurásico, aunque hoy están prácticamente desaparecidas

Tiene la forma de una finísima película y está relleno de un fluido acuoso llamado fluido extrapaleal. Resulta, por lo tanto, enigmático que las ostras puedan producir vesículas de decenas, a veces centenas, de micras de diámetro a través de ese espacio tan reducido.

Científicos de la Universidad de Granada (UGR) han descubierto ahora que las ostras son capaces de producir estructuras tridimensionales organizadas por procesos físicos coloidales, cuyo resultado asemeja una espuma sólida. La técnica empleada es única, similar a una impresora 3D, que les permite desarrollar sus cochas lámina a lámina.

Así estos moluscos han solventado el problema de limitación del espacio extrapaleal (el pequeño espacio que separa al molusco de la concha). El trabajo ha sido publicado en la revista Journal of the Royal Society Interface.

El equipo se ha centrado en la familia de las grifeas que fue un grupo muy importante durante el Jurásico (hace entre 201 y 145 millones de años), aunque hoy están prácticamente desaparecidas. Algunos grupos de esta familia desarrollaron de modo exclusivo, a partir del Cretácico, un material altamente poroso llamado vesicular.

“Este material está hecho de vesículas rellenas de un líquido acuoso, rodeadas de paredes calcíticas. Se trata de un material poco denso, por lo que, mediante la intercalación de capas vesiculares, la grifea desarrolla una concha resistente al mismo tiempo que ligera. Así se adquieren además conchas gruesas con un ahorro considerable de material de construcción, que es costoso metabólicamente”, explica Antonio Checa, investigador del departamento de Estratigrafía y Paleontología de la UGR y autor principal de este trabajo.

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El estudio ha estudiado el modo en que las grifeas construyen sus capas vesiculares. “Aparte de otras técnicas, nos hemos basado en reconstrucciones tridimensionales y  medidas sobre las capas vesiculares de grifeas actuales realizadas con el microtomógrafo del Centro de Instrumentación Científica (CIC) de la UGR. Todos los resultados muestran que el material vesicular tiene propiedades topológicas y comportamientos similares a los de una espuma sólida”, explica Checa.

Microestructura vesicular de las grifeas. / UGR

Una emulsión dentro del espacio extrapaleal

Los investigadores han concluido que la ostra produce este material creando primero una emulsión dentro del espacio extrapaleal entre el precursor líquido de la calcita y el fluido extrapaleal. Hay que destacar que las espumas (sistemas gas-líquido) y emulsiones (sistemas líquido-líquido) son sistemas coloidales que obedecen a las mismas leyes y se comportan de forma análoga.

Los investigadores han concluido que la ostra produce este material creando primero una emulsión dentro del espacio extrapaleal entre el precursor líquido de la calcita y el fluido extrapaleal

Con el crecimiento, el precursor líquido de la calcita cristaliza creando ‘burbujas’ cuya pared solidifica, que se incorporan a la capa vesicular, al mismo tiempo que el espacio extrapaleal se desplaza y dentro de él la emulsión continúa evolucionando.

“Para que este mecanismo funcione, cada célula del manto debe de ser capaz de reconocer (reconocimiento por contacto) con qué componente o componentes (precursor líquido de la calcita ó fluido extrapaleal) de la emulsión está en contacto, y continuar segregando uno u otro, de acuerdo con dicha información”, señala el profesor de la UGR.

Mientras que la creación de espumas es un proceso que tiene lugar en espacios amplios y la burbujas se crean o desaparecen de una vez, las grifeas han desarrollado esta tecnología propia que les permite desarrollarlas lámina a lámina, al modo de una impresora 3D, con lo que han solventado el problema de las restricciones de espacio que impone el espacio extrapaleal.

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Por lo tanto, el material vesicular de las ostras se encuentra bajo un doble control: físico (autoorganización de una emulsión) y biológico (comportamiento celular sofisticado).

Los materiales mineralizados segregados por los organismos, de los cuales hay una amplia variedad, plantean problemas biofísicos muy interesantes. Al mismo tiempo, son de alto interés en ciencia de materiales, porque tienen propiedades biomecánicas (ligereza, resistencia, flexibilidad) excepcionales, muy por encima de las de sus componentes individuales (básicamente carbonato cálcico y materia orgánica). Por ello, sirven de inspiración para el desarrollo de nuevos compuestos sintéticos de alta funcionalidad.

Referencia:

Checa AG, Linares F, Maldonado-Valderrama J, Harper EM. 2020 “Foamyoysters: vesicular microstructure production in the Gryphaeidae via emulsification”. J. R. Soc. Interface 17:20200505. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2020.0505

Este artículo ha sido publicado originalmente en este sitio

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