פוענח מבנה האצה האדומה

חוקרים בטכניון פענחו את המבנה הייחודי של האצה Jania sp. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Advanced Science הובילו פרופ’ בעז פוקרוי והדוקטורנטית נופר ביאנקו-שטיין מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים.

פרופ’ בעז פוקרוי

האצה Jania sp , ממשפחת האצות האדומיות (phylum Rhodophyta), נפוצה במים רדודים, שם היא נתונה לתנאים עוינים ובהם רטיבות, מליחות וזרמים חזקים. עמידותה מבוססת על מבנה מיקרומטרי ייחודי המשלב גמישות רבה עם חוזק. את המתכון לשילוב זה חיפשו חוקרי הטכניון במחקר הנוכחי.

כדי להתחקות אחר המיקרו-מבנה הייחודי של האצה בחנו אותה חוקרי הטכניון בסינכרוטרון ESRF בגרנובל, צרפת. מאיץ חלקיקים מעגלי זה, שהיקפו 844 מטר, הוא הסינכרוטרון החזק בעולם במונחי עוצמת האור שהוא מפיק; קרני ה-X שהוא מייצר חזקות פי 100 מיליארד ממכשיר רנטגן בבית חולים. החוקרים בחנו את האצה בשלושה קווי-קרן (beamlines) בסינכרוטרון, ולאחר מכן ביצעו אינטגרציה של הממצאים.

רבים ממחקריו של פרופ’ פוקרוי בשנים האחרונות עוסקים בביומינרליזציה – תהליך שבו יצורים חיים יוצרים מינרלים. באמצעות ביומינרליזציה מבוקרת יוצרים בעלי חיים אלה מבנים מורכבים המשמשים אותם לצורכיהם. המחקר הנוכחי מתמקד בביומינרליזציה של הקלציט באצה.

קלציט, שהוא גירסה יציבה מאוד של סידן פחמתי, הוא מרכיב נפוץ מאוד בחלקי השלד של יצורי ים רבים והוא מעניק להם את קשיותם. האדם יודע לייצר קלציט מלאכותי, אולם הקלציט המיוצר בטבע מאופייין בצורות מורכבות וייחודיות המקנות לו עמידות גבוהה ותכונות ייחודיות אחרות. במחקר קודם הראה פוקרוי כי תצורות כאלה נוצרות במעבר מפאזה אמורפית לפאזה הגבישית. כך למשל בונה נחשון הים את השלד שלו. בניית הגבישים דרך השלב האמורפי מאפשר את הטמעתם של חלקיקי מגנזיום ננומטריים רבים בקלציט, וכך נוצר קלציט מועשר במגנזיום.

נופר ביאנקו-שטיין

במחקר הנוכחי גילה פרופ’ פוקרוי כי שלד האצה האדומה Jania sp  מכיל גם הוא קלציט מועשר במגנזיום, וגם כאן מדובר בהיווצרות העוברת בשלב אמורפי. בתהליך זה נוצר מרקם נקבובי מאוד; למעשה, מבחינה נפחית מכילה אצה זו יותר אוויר מאשר חומר מוצק – נפח הנקבוביות שלה תופס כ-64% מנפחה הכולל.

ממצא חשוב לא פחות הוא אופיין הסלילי של נקבוביות אלה – מאפיין ייחודי המעניק לאצה את אותו שילוב נדיר בין גמישות ועמידות. “צורה סלילית זו,” אומר פרופ’ פוקרוי, “מגדילה בכ-20% את עמידותה של האצה בכוחות כפיפה. אנחנו מקווים כי על סמך הממצאים האלו יפותחו שיטות חדשניות לייצור חומרים מלאכותיים עם מאפיינים דומים – נקבוביות סליליות – שיהיו קלים, גמישים וחזקים כמו השלד של Jania sp, שהתפתח במאות מיליוני שנות אבולוציה.”

פרופ’ בועז פוקרוי הוא חבר בוועדה המדעית של ESUO – הארגון האירופי של משתמשי סינכרוטרון – והוא מדגיש כי המחקר הנוכחי נשען על שיתוף פעולה רב שנים עם הסינכרוטרון בגרנובל.
במחקר תמכה נציבות המחקר האירופית במענק ERC – תוכנית המסגרת השביעית FP/2013–2018.

למאמר ב- Advanced Science לחצו כאן

סרטון המסביר את המחקר

קרדיט : ESRF