تويت
وُجد عام 2015 أن أقوى مادة معروفة موجودة حيويًا كانت لدى حيوان البطلينوس الرخوي البحري ذي الصدفة المخروطية الضحلة الذي يوجد ملتصقًا بالصخور غالبًا.
تستخدم هذه الرخويات البحرية الشبيهة بالحلزون لسانها المدجج بالأسنان المجهرية لكشط الطعام عن الصخور إلى أفواهها، إذ تحتوي هذه الأسنان على مادة مركبة صلبة ومرنة في الوقت نفسه، وُجد أن هذه المادة أقوى من خيوط العناكب وتُقارن بالمواد المصنّعة بشريًا بما في ذلك ألياف الكربون والكيفلار.
نجح الباحثون الآن في تقليد تكوين أسنان البطلينوس مختبريًا واستعملوها لإنشاء مادة حيوية مركبة جديدة. تقترح الدراسة التي نُشرت في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز إمكانية تطوير المادة إلى شيء فائق القوة قادر على منافسة قوة ومرونة المواد الصناعية، ويمكن التخلص منه دون تخليف نفايات مؤذية.
يقول الكاتب الرئيسي روبن رومني من كلية الصيدلة والعلوم الطبية الحيوية في جامعة بورتسموث: «المركبات الصنعية بالكامل كالكيفلار شائعة الاستعمال، لكن عملية تصنيعها قد تكون سامة، وتكريرها صعب ومكلف، لدينا هنا مادة يُحتمل أن تكون أكثر ديمومة من ناحية كيفية الحصول عليها وتصنيعها، ويمكن أن تتحلل في النهاية».
ما الذي يمنح أسنان البطلينوس هذه القوة التي لا تقهر؟
يكمن السر في بنية مميزة تحوي مزيجًا من الألياف المرنة المتراصة لمادة داعمة تسمى الكيتين، تتخللها بلورات دقيقة من فلز حاوٍ على الحديد يسمى الجويثايت، إذ تتشابك هذه الألياف بطريقة تشبه إلى حد بعيد استخدام ألياف الكربون لتقوية البلاستيك.
لإنتاج هذه المادة خارج بيئتها الطبيعية، طور الباحثون طرقًا يرسبون فيها الكيتين وأكسيد الحديد تمامًا كما في سن البطلينوس، على زجاج مطلي بالمصل.
بعد أسبوعين، نظمت هذه المواد نفسها ضمن هياكل تماثل عضو البطلينوس الذي يكون الأسنان الذي يُعرف بالمقلحة، لوحظ هذا التجدد النشط في الإسفنج أيضًا، لكن الإسفنج يفتقر إلى الترتيب المعقد للأنسجة والأعضاء الذي يوجد في البطلينوس وغيره من الرخويات.
يقول رومني: «لقد أمضيت ستة أشهر في إعداد هذه العملية، ومررت على كل تغير استطعت التفكير فيه بخصوص ما قد تحتاجه الخلايا وكيف ستنمو. الأمر مختلف جدًا عن زراعة البكتيريا أو الخلايا السرطانية التي تنمو عادةً في بيئة المختبر، لذا وجب علينا أن نستنتج ما سينجح من الصفر».
مادة حيوية مستوحاة من البطلينوس مطلية بصباغ أزرق بروسيا الذي يرتبط بالحديد
بديل حيوي للبلاستيك
بعد تقليد تركيبة أسنان البطلينوس بنجاح، استطاع الفريق إنتاج عينات من المادة الحيوية بمساحة نصف سنتيمتر بمعدنة رقاقة من الكيتين، الذي يعد منتجًا ثانويًا من مخلفات الصيد البحري إذ يوجد في الهياكل الخارجية للقشريات والسلطعون والجمبري.
بعد ذلك، يريد رومني والفريق استكشاف إمكانية تكبير هذه العينات الصغيرة وتصنيعها على نطاق واسع.
يقول رومني: «خطوتنا التالية هي إيجاد طرق أخرى لإحداث البنية الحديدية؛ لذا فإننا ندرس مفرزات خلايا البطلينوس لفهمٍ أفضل. إذا نجح ذلك، فلدينا القراءات الجينية للعضو مسبقًا ونستطيع عزل الجينات المطلوبة، وربما وضعها ضمن بكتيريا أو خميرة لننتجها على نطاق واسع».
وأضاف: «لدينا أزمة مخلفات بلاستيكية في المحيطات في الوقت الراهن، وأظن أنها مفارقة لطيفة أن نتعلم كيفية حمايتها باستخدام بديل حيوي من مخلوق بحري ليحل محل البلاستيك».
يقول كبير مؤلفي البحث، البروفيسور داريك غوريكي من كلية الصيدلة والعلوم الطبية الحيوية في جامعة بورتسموث: «بدأت هذا المشروع بدافع الفضول مع تحدٍّ لأرى إن أمكننا زراعة خلايا من مقلحة البطلينوس باستخدام المبادئ المطبقة في مختبري لاستنبات خلايا الثدييات. لم يكن مجرد مشروع طموح لا تظهر تطبيقاته العملية حالًا فحسب؛ بل كاد يكون مشروعًا غير واقعي. وعندما ينجح الأمر سيكون العلم في أبهى صوره».
تستخدم هذه الرخويات البحرية الشبيهة بالحلزون لسانها المدجج بالأسنان المجهرية لكشط الطعام عن الصخور إلى أفواهها، إذ تحتوي هذه الأسنان على مادة مركبة صلبة ومرنة في الوقت نفسه، وُجد أن هذه المادة أقوى من خيوط العناكب وتُقارن بالمواد المصنّعة بشريًا بما في ذلك ألياف الكربون والكيفلار.
نجح الباحثون الآن في تقليد تكوين أسنان البطلينوس مختبريًا واستعملوها لإنشاء مادة حيوية مركبة جديدة. تقترح الدراسة التي نُشرت في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز إمكانية تطوير المادة إلى شيء فائق القوة قادر على منافسة قوة ومرونة المواد الصناعية، ويمكن التخلص منه دون تخليف نفايات مؤذية.
يقول الكاتب الرئيسي روبن رومني من كلية الصيدلة والعلوم الطبية الحيوية في جامعة بورتسموث: «المركبات الصنعية بالكامل كالكيفلار شائعة الاستعمال، لكن عملية تصنيعها قد تكون سامة، وتكريرها صعب ومكلف، لدينا هنا مادة يُحتمل أن تكون أكثر ديمومة من ناحية كيفية الحصول عليها وتصنيعها، ويمكن أن تتحلل في النهاية».
ما الذي يمنح أسنان البطلينوس هذه القوة التي لا تقهر؟
يكمن السر في بنية مميزة تحوي مزيجًا من الألياف المرنة المتراصة لمادة داعمة تسمى الكيتين، تتخللها بلورات دقيقة من فلز حاوٍ على الحديد يسمى الجويثايت، إذ تتشابك هذه الألياف بطريقة تشبه إلى حد بعيد استخدام ألياف الكربون لتقوية البلاستيك.
لإنتاج هذه المادة خارج بيئتها الطبيعية، طور الباحثون طرقًا يرسبون فيها الكيتين وأكسيد الحديد تمامًا كما في سن البطلينوس، على زجاج مطلي بالمصل.
بعد أسبوعين، نظمت هذه المواد نفسها ضمن هياكل تماثل عضو البطلينوس الذي يكون الأسنان الذي يُعرف بالمقلحة، لوحظ هذا التجدد النشط في الإسفنج أيضًا، لكن الإسفنج يفتقر إلى الترتيب المعقد للأنسجة والأعضاء الذي يوجد في البطلينوس وغيره من الرخويات.
يقول رومني: «لقد أمضيت ستة أشهر في إعداد هذه العملية، ومررت على كل تغير استطعت التفكير فيه بخصوص ما قد تحتاجه الخلايا وكيف ستنمو. الأمر مختلف جدًا عن زراعة البكتيريا أو الخلايا السرطانية التي تنمو عادةً في بيئة المختبر، لذا وجب علينا أن نستنتج ما سينجح من الصفر».
مادة حيوية مستوحاة من البطلينوس مطلية بصباغ أزرق بروسيا الذي يرتبط بالحديد
بديل حيوي للبلاستيك
بعد تقليد تركيبة أسنان البطلينوس بنجاح، استطاع الفريق إنتاج عينات من المادة الحيوية بمساحة نصف سنتيمتر بمعدنة رقاقة من الكيتين، الذي يعد منتجًا ثانويًا من مخلفات الصيد البحري إذ يوجد في الهياكل الخارجية للقشريات والسلطعون والجمبري.
بعد ذلك، يريد رومني والفريق استكشاف إمكانية تكبير هذه العينات الصغيرة وتصنيعها على نطاق واسع.
يقول رومني: «خطوتنا التالية هي إيجاد طرق أخرى لإحداث البنية الحديدية؛ لذا فإننا ندرس مفرزات خلايا البطلينوس لفهمٍ أفضل. إذا نجح ذلك، فلدينا القراءات الجينية للعضو مسبقًا ونستطيع عزل الجينات المطلوبة، وربما وضعها ضمن بكتيريا أو خميرة لننتجها على نطاق واسع».
وأضاف: «لدينا أزمة مخلفات بلاستيكية في المحيطات في الوقت الراهن، وأظن أنها مفارقة لطيفة أن نتعلم كيفية حمايتها باستخدام بديل حيوي من مخلوق بحري ليحل محل البلاستيك».
يقول كبير مؤلفي البحث، البروفيسور داريك غوريكي من كلية الصيدلة والعلوم الطبية الحيوية في جامعة بورتسموث: «بدأت هذا المشروع بدافع الفضول مع تحدٍّ لأرى إن أمكننا زراعة خلايا من مقلحة البطلينوس باستخدام المبادئ المطبقة في مختبري لاستنبات خلايا الثدييات. لم يكن مجرد مشروع طموح لا تظهر تطبيقاته العملية حالًا فحسب؛ بل كاد يكون مشروعًا غير واقعي. وعندما ينجح الأمر سيكون العلم في أبهى صوره».