Биоинженерия будущего: как стекло, живущее на морском дне, поможет нам освоить космос

Природа всегда была, есть и будет одним из основных источников вдохновения для научных изысканий. Биоинженерия, где ученые находят все новые и новые гениальные природные материалы или структуры, весьма важная наука для нашего будущего. И одно из таких открытий, которое наверняка приблизит нас к освоению космоса,  находится в морских глубинах





Смотреть все фото в галерее
В мире насчитывается порядка 8000 видов морских губок, однако в данном исследовании особое внимание уделяется шестилучевым губкам (Hexactinellida)


Этот тип губок также весьма многообразен, ибо насчитывает около 600 видов. Обитают они в морях на глубинах от 5 до более 6000 метров


Форма тела Hexactinellida может быть самой разной: трубчатая, кубковидная, комковидная, отростчатая, лопастная и т.д. Несмотря на визуальные отличия, состав тела у всех видов достаточно схож. Основой тела является единый синцитий. Синцитий - тип ткани у живых организмов с неполным разделением клеток, когда обособленные участки цитоплазмы с ядрами связаны между собой цитоплазматическими мостиками.    
И нас интересует одна из них - Euplectella aspergillum - вид морских губок из отряда Lyssacinosida класса стеклянных губок


Euplectella aspergillum - губка цилиндрической формы, обитающая в тропических водах. Имеет высоту 45 см.


Euplectella aspergillum -  жесткая и прочная. Она имеет удивительно сложный скелет, состоящий из сложного набора волокон, известных как спикулы


Спикулы -  волокна длиной 5-10 см, тонкие, как волос, образуют корону у основания сети, которая прикрепляет губку ко дну океана


Губки необычны, потому что они почти полностью сделаны из стекла


Говоря научным языком, их экзоскелет состоит из гидратированного аморфного диоксида кремния, организованного в сложную сеть спикул, поддерживающих структуру.  Губка извлекает кремниевую кислоту из морской воды и превращает ее в кремнезем , а затем формирует сложный каркас из стеклянных волокон    
Стекловолокно, из которого состоит губка Euplectella aspergillum , удивительно прочное и гибкое


Спикулы содержат эластично неоднородную пластинчатую внутреннюю структуру и состоят из аморфного гидратированного кремнезема. Вокруг тонкой органической осевой нити, которая определяет геометрию ядра спикулы, находится твердое ядро ​​из кремнезема. Это ядро ​​дополнительно окружено сборкой размером ок. 10-50 концентрических цилиндров, каждый из которых разделен очень тонкой органической прослойкой, и  эта стратегия проектирования способствует значительному увеличению прочности материалов.    
Стекло спикулы расположено концентрическими слоями, которые очень похожи на кольца деревьев.


Такая механическая конструкция позволяет спикулам  больше изгибаться перед тем, как сломаться, и, следовательно, делает крепление губки более надежным


Благодаря этим слоям спикулы Euplectella aspergillum  можно согнуть примерно в 2,4 раза больше, чем спикулы других губок, но без слоев в их структуре


Форма тела Hexactinellida может быть самой разной: трубчатая, кубковидная, комковидная, отростчатая, лопастная и т.д. Несмотря на визуальные отличия, состав тела у всех видов достаточно схож. Основой тела является единый синцитий. Синцитий - тип ткани у живых организмов с неполным разделением клеток, когда обособленные участки цитоплазмы с ядрами связаны между собой цитоплазматическими мостиками.    
Говоря научным языком, их экзоскелет состоит из гидратированного аморфного диоксида кремния, организованного в сложную сеть спикул, поддерживающих структуру.  Губка извлекает кремниевую кислоту из морской воды и превращает ее в кремнезем , а затем формирует сложный каркас из стеклянных волокон    
Спикулы содержат эластично неоднородную пластинчатую внутреннюю структуру и состоят из аморфного гидратированного кремнезема. Вокруг тонкой органической осевой нити, которая определяет геометрию ядра спикулы, находится твердое ядро ​​из кремнезема. Это ядро ​​дополнительно окружено сборкой размером ок. 10-50 концентрических цилиндров, каждый из которых разделен очень тонкой органической прослойкой, и  эта стратегия проектирования способствует значительному увеличению прочности материалов.    
Благодаря подробному анализу этих сложных скелетных материалов можно извлечь полезные уроки проектирования, которые можно использовать для руководства синтезом синтетических конструкций с новыми показателями производительности    
Кроме того, система вентиляции здания имитирует процесс циркуляции воды губкой для получения питательных веществ.    
В некотором смысле секреты дизайна со дна океана могут в конечном итоге помочь нам исследовать новые миры.    
Спикулы также  представляют интерес для исследователей волоконной оптики .