Los científicos descubren cómo el nácar se autoensambla en una estructura perfecta

Los investigadores lograron describir que los defectos estructurales del nácar autoensamblado se atraen y anulan entre sí, lo que finalmente conduce a una estructura periódica perfecta.

Los moluscos construyen conchas para proteger sus tejidos blandos de los depredadores. El nácar, también conocido como madreperla, tiene una estructura intrincada y muy regular que lo convierte en un material increíblemente fuerte. Dependiendo de la especie, el nácar puede alcanzar decenas de centímetros de longitud.

La formación del nácar comienza sin coordinación con las células depositando el material simultáneamente en diferentes lugares. De esta manera la estructura temprana del nácar es muy irregular y llena de defectos.

"Al principio, el tejido mineral-orgánico en capas está lleno de defectos estructurales que se propagan a través de varias capas como una hélice. De hecho, se parecen a una escalera de caracol, con orientación tanto para diestros como para zurdos", explicó Ígor Zlótnikov, líder del grupo de investigación del Centro de Bioingeniería Molecular de la Universidad Técnica de Dresde.

Sin embargo, el nácar maduro tiene una estructura regular y uniforme sin defectos.

Los investigadores del grupo Zlótnikov colaboraron con la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF) de Grenoble para observar muy detalladamente la estructura interna del nácar temprano y maduro. Utilizando la nano-tomografía holográfica de rayos X basada en el sincrotrón, los investigadores pudieron capturar el crecimiento del nácar a lo largo del tiempo.

"El nácar es una estructura extremadamente fina, con características orgánicas por debajo de los 50 nm de tamaño", señaló Zlótnikov al detallar que los investigadores lograron visualizar el nácar en tres dimensiones.

"La combinación de plaquetas inorgánicas densas en electrones y altamente periódicas con delicadas y delgadas interfaces orgánicas hace que el nácar sea una estructura desafiante para la imagen. La imagen criogénica nos ayudó a obtener el poder de resolución que necesitábamos", explicó Alexandra Pacureanu del grupo de Nanoprobe de rayos X de la ESRF.

Para analizar los datos los investigadores desarrollaron un algoritmo de segmentación utilizando redes neuronales y lo entrenaron para separar diferentes capas de nácar.

De esta manera, fueron capaces de seguir lo que ocurre con los defectos estructurales a medida que el nácar crece.

Resultó que los defectos de dirección opuesta se atrajeron entre sí desde grandes distancias. Los defectos de la mano derecha y la mano izquierda se movieron a través de la estructura, hasta que se encontraron y se anularon entre sí. Estos eventos llevaron a una sincronización de todo el tejido. Con el tiempo, permitió que la estructura se desarrollara en una forma perfectamente regular y libre de defectos.

Las estructuras periódicas similares al nácar son producidas por muchas especies animales. Los investigadores creen que el mecanismo recién descubierto podría impulsar no solo la formación de nácar,

 sino también otras estructuras biogénicas.

El estudio fue publicado en Nature Physics.