הרכיכה עם שיני הברזל

מדענים חוקרים כבר שנים רבות את הפיזיולוגיה של רכיכה ימית הנקראת כיטון, בעיקר בזכות הקשיחות של החומרים בגופה. לכיטון יש שלד חיצוני קשיח המורכב מלוחיות, ורגל שרירית שמסייעת לו להיצמד בחוזקה לסלעים בים כנגד סחף הגלים. אך דווקא שיניו הן אלה שמעוררות עניין רב במיוחד, שכן הן עשויות ממה שנחשב לאחד החומרים החזקים שקיימים בגופם של יצורים חיים.

הכיטון ניזון בעזרת שיניו מאצות הגדלות על סלעים. הוא מגרד את האצות מהסלעים באמצעות מִשְׁנֶנֶת (Radula), מעין לשון גמישה ארוכה שעליה שורות של שיניים הפועלות כמעין מגרדת משוננת. גירוד האצות מהסלעים כרוך בשחיקה גבוהה של השיניים, כך שהן מתחלפות במהירות בשיניים חדשות. שורה שלמה של שיניים עשויה ליפול ולהתחלף כל כמה שעות.

בעבר גילו מדענים כי החלק העליון של שיני הכיטון מצופה במינרל קשיח במיוחד בשם מגנטיט, שהוא תרכובת של ברזל וחמצן, והסיבים שמרכיבים את שלד השן עשויים כיטין – סוכר קשיח שמרכיב בין היתר את השלד החיצוני של חרקים. במחקר חדש מצאו כעת מדענים חלקיקים של מינרל נוסף המצוי לאורך שיניו של כיטון מהמין Cryptochiton stelleri. הגילוי הזה מפתיע במיוחד, שכן המינרל הזה לא התגלה מעולם ברקמות של בעלי חיים קודם לכן.

בתהליך שנקרא ביומינרליזציה יצורים חיים רבים מייצרים בגופם מינרלים – תרכובות כימיות לא אורגניות וכמעט תמיד גבישיות – כדי לנצל את תכונותיהם לתועלתם, כך נוצרות לדוגמה קונכיות, וכן העצמות והשיניים שלנו. שימוש במינרלי ברזל בתהליך הזה מוכר אצל אצות, סרטנים ואפילו חיידקים מסוימים.

שיניו הקשות להפליא של הכיטון מתחלפות במהירות. משננת (רדולה) של הכיטון | קרדיט: Northwestern University

החומר שזוהה בשיני הכיטון נקרא סנטברברייט (Santabarbaraite), מינרל נדיר בצבע חום בהיר המכיל זרחן וברזל. עד היום התגלה המינרל הזה רק בתוך סלעים באיטליה ובאוסטרליה, והכיטון הוא בעל החיים הראשון שתועד קיומו של סנטברברייט בגופו.

חלקיקי הסנטברברייט בשיני הכיטון מפוזרים בצורה לא אחידה לאורך הסטילוס (Stylus), מבנה חלול שהוא כמו השורש של השן שלנו ומחבר את כתר השן למשננת הגמישה. בחלקו העליון של הסטילוס מרוכזים יותר חלקיקים מאשר בחלקו התחתון, כך שהוא קשיח יותר סמוך לכתר השן וגמיש יותר ליד המשננת. בזכות הפיזור בזה של הסנטברברייט שיניו הקשות להפליא של הכיטון שומרות על גמישות, שמקלה עליו לגרד אצות מפני הסלע המחוספסים מבלי לאבד מחוזקן. כך, אחרי שכבר נחקר במשך שנים רבות, הצליחו החוקרים למצוא עוד גורם אחד שעוזר לכיטון לאכול מבין הסלעים הקשיחים בים.

מהטבע לתעשייה

בשל ההרכב הייחודי של המינרל ושילובו הנוח עם חומרים אחרים בשן, חיפשו החוקרים אחרי פיתוחים יישומיים שיוכלו לנצל אותו לטובת האדם. רבים מהחומרים המלאכותיים המשמשים אותנו כיום נולדו כחיקויים של חומרים שנמצאים בטבע, למשל דבק רפואי עמיד למים שקיבל את ההשראה מהדבק שמייצרות צדפות כדי להיצמד למצע.

ההרכב הייחודי של המינרלים בשן סיפק השראה לפיתוח חומרים שהחוזק שלהם משתנה. צילום מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של שיניו הבוגרות של הכיטון | קרדיט: Northwestern University

בהשראת הסנטברברייט של הכיטון יצרו החוקרים תערובת של ברזל, זרחן וחומר דמוי כיטין, שיכולה לשמש חומר גלם להדפסת תלת-ממד. אפשר לייצר את החומר הזה במידות משתנות של קשיחות, בהתאם לשיעור הזרחן והברזל שבו. אומנם פיתוח החומר נמצא עדיין בתחילת דרכו, אך התקווה היא שבעתיד הוא ישמש ליצירת חומרים חזקים שיכולים לשמש למגוון מטרות.

"לכיטון יש שליטה אדירה על המיקום המרחבי של המינרל", הסביר ראש צוות החוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן בארצות הברית דרק ג'וסטר (Joester) בריאיון לניו יורק טיימס. "וזה גרם לנו לתהות איך אנחנו יכולים לנצל זאת כדי לייצר חומרים. אפשר לשנות את היחס בין המרכיבים מיד לפני ההדפסה, כך אפשר לשנות את הרכב החומר, את כמות החלקיקים בו, תוך כדי העבודה. כלומר, נוכל להדפיס חומרים שהחוזק שלהם משתנה באופן דרמטי לאורך מרחקים קצרים במיוחד".

תחום החומרים מהטבע נחקר שנים רבות ובני אדם תמיד חיפשו השראה בעולם החי והדומם הסובב אותם. בעזרת טכנולוגיות מתקדמות והבנה של מערכות ביולוגיות נוכל בוודאי לגלות עוד תופעות של ביומינרליזציה שטרם נחקרו.