¿Exactamente cómo el coral forma su esqueleto, a un erizo de mar le crece una columna o a un abulón forma el nácar en su caparazón? Un nuevo estudio realizado en la Fuente de Luz Avanzada del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía reveló que este proceso de biomineralización, que las criaturas marinas utilizan para encerrar carbono en sus cuerpos, es más complejo y diverso de lo que se pensaba anteriormente. /P>
Los investigadores estudiaron los bordes de muestras de coral, erizos de mar y moluscos, donde los bloques de construcción temporales conocidos como "precursores minerales" comienzan a formar la nueva concha o esqueleto. Allí encontraron una sorpresa:los corales y los moluscos producían un precursor mineral que nunca antes se había observado en organismos vivos y que sólo recientemente había sido creado sintéticamente.
También encontraron variedad en los tipos de bloques de construcción presentes. Los científicos esperaban ver precursores "amorfos", minerales que carecen de una estructura atómica repetitiva. Lo hicieron, pero también encontraron precursores "cristalinos", minerales más estructurados y ordenados. La investigación se publica en la revista Nature Communications. .
"Una observación fascinante es que los esqueletos de coral y los moluscos de nácar se forman exactamente con los mismos precursores, pero evolucionaron completamente separados uno del otro", dijo Pupa Gilbert, científica visitante en el Laboratorio de Berkeley y profesora de la Universidad de Wisconsin. , Madison. Observó que las dos especies comenzaron a producir biominerales mucho después de que se separaron en el árbol de la vida.
"Eso es genial porque significa que hacer un biomineral de esa manera, con tantos precursores, es una ventaja evolutiva, energética, termodinámica o de alguna otra manera", dijo Gilbert. "Como físico, me parece fascinante que gran parte de la vida, y de la biología en general, esté aprovechando la belleza de la física para obtener ventajas evolutivas".
Los científicos también encontraron diferentes proporciones de los componentes básicos presentes en diferentes especies. El sorprendente precursor mineral, el carbonato de calcio hemihidrato (CCHH), y otro componente básico (monohidrocalcita o MHC) se encontraron en corales y moluscos. Pero CCHH y MHC solo aparecieron en pequeñas cantidades en las espinas de los erizos de mar, lo que sugiere que diferentes animales adoptan diferentes enfoques hacia la biomineralización.
Los investigadores hicieron el descubrimiento utilizando la Fuente de Luz Avanzada (ALS), un acelerador de partículas circular que produce intensos rayos de luz. El ALS puede actuar como un potente microscopio y proporcionar información sobre la estructura atómica y química de las muestras. Los científicos utilizaron dos técnicas diferentes para estudiar la superficie de los materiales y su composición química, revelando minerales inesperados y la variedad de componentes básicos.
"Es tremendamente complicado realizar estos experimentos porque tenemos que analizar las muestras de inmediato, mientras están frescas, para ver los precursores a medida que se forman los biominerales", dijo Gilbert.
"Si esperamos sólo un día, nos perderemos estas fases que sólo existen transitoriamente. En Berkeley Lab, tenemos esta capacidad única donde podemos preparar las muestras en el sitio y luego tener acceso a este fantástico haz y microscopios que son los mejores del mundo. mundo y darnos la resolución a nanoescala y la sensibilidad de profundidad que necesitamos."
Para estudiar partículas minerales a este nivel minúsculo, los investigadores también desarrollaron un nuevo método llamado "Myriad Mapping". La técnica permite visualizar todos los diferentes tipos y concentraciones relativas de minerales en una sola imagen; Los métodos anteriores limitaban a los investigadores a sólo tres tipos de minerales. El enfoque también puede tener aplicaciones en otros campos que van desde la escala atómica hasta la cósmica.
Gilbert y sus colaboradores realizan investigaciones en curso sobre cómo la creciente acidez del agua del océano afecta la forma en que las criaturas marinas producen biominerales. Comprender el proceso es clave para predecir cómo responderá la vida marina a los cambios ambientales, como la acidez de los océanos causada por el cambio climático.
Más información: Connor A. Schmidt et al, Myriad Mapping of nanoscale minerals revela carbonato de calcio hemihidrato en la formación de biominerales de nácar y coral, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46117-x
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley
