Molti tipi di calamari hanno denti affilati come rasoi. Solo che non sono dove ci si aspetta di trovarli. Ogni ventosa che corre lungo i tentacoli di un calamaro nasconde un anello di denti. Questi denti impediscono alla preda dell’animale di nuotare via. Sono anche più di una semplice curiosità. Gli scienziati vogliono creare materiali ispirati ai calamari che siano altrettanto forti di questi barbi. I dati di un nuovo studio possono aiutarli a farlo.
Prima di poter iniziare a progettare i nuovi materiali, gli scienziati hanno dovuto capire cosa rende i denti di calamaro così forti. Alcuni hanno avviato tale lavoro concentrandosi sulle grandi molecole – le proteine succhierine – che compongono i denti.
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Akshita Kumar è uno studente laureato alla Nanyang Technological University di Singapore. Insieme ai ricercatori dell’A*STAR’s Bioinformatics Institute, sempre a Singapore, il suo gruppo ha identificato decine di proteine suckerin. Formano strutture forti ed elastiche, chiamate beta-sheets, riferisce il team di Kumar. (Queste strutture rendono anche la seta di ragno forte ed elastica). I nuovi dati mostrano che queste proteine di calamaro sono termoplastiche. Ciò significa che si fondono quando vengono riscaldate e poi tornano solide quando vengono raffreddate.
“Questo rende il materiale modellabile e riutilizzabile”, spiega Kumar. Ha presentato i risultati del suo team alla fine di febbraio in una conferenza della Biophysical Society a Los Angeles, in California.
Con l’aiuto dei batteri
Gli studi di Kumar si sono concentrati su suckerin-19, una delle più comuni di queste proteine. Lavora nel laboratorio dello scienziato dei materiali Ali Miserez, che studia le proteine del calamaro dal 2009.
Kumar non ha bisogno di rimuovere i denti del calamaro per studiare le proteine. Invece, gli scienziati del laboratorio di Miserez possono “addestrare” i batteri a produrre le proteine. Per fare questo, i ricercatori cambiano i geni nei microbi unicellulari. In questo modo, il team può ottenere un sacco di proteine della ventosa – anche quando non ci sono calamari in giro.
Gli scienziati credevano che i denti a ventosa dei calamari fossero fatti di un materiale duro chiamato chitina (KY-tin). “Anche i libri di testo a volte menzionano che sono fatti di chitina”, nota Kumar. Ma questo non è vero, ha dimostrato il suo team. I denti inoltre non sono fatti di minerali come il calcio, che danno ai denti umani la loro forza. Invece, i denti ad anello del calamaro contengono proteine e solo proteine. Questo è eccitante, dice Kumar. Significa che un materiale super-forte può essere fatto usando solo proteine – nessun altro minerale richiesto.
E a differenza delle sete (come quelle proteine fatte da ragni o insetti che fanno bozzoli), la roba di calamaro si forma sotto l’acqua. Questo significa che i materiali ispirati ai calamari potrebbero essere utili in luoghi umidi, come all’interno del corpo umano.
Lo scienziato dei materiali Melik Demirel lavora alla Pennsylvania State University di University Park. Lì lavora sulle proteine dei calamari e conosce la ricerca in questo campo. Il gruppo di Singapore “sta facendo cose interessanti”, dice. Una volta, in passato, ha collaborato con il team di Singapore. Ora, dice, “siamo in competizione”.
Collaborazione e competizione hanno portato avanti il campo, nota. Solo negli ultimi anni gli scienziati hanno cominciato a capire veramente la struttura delle proteine nei denti di calamaro. Spera di mettere questa conoscenza a buon uso.
Recentemente, il laboratorio di Demirel ha prodotto un materiale ispirato ai calamari che può guarire da solo quando viene danneggiato. Il gruppo di Singapore si concentra sulla comprensione di ciò che la natura ha prodotto nei denti. Demirel dice che il suo team sta cercando di fare cose “al di là di ciò che la natura ha fornito.”
Power Words
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bacterium (pl. bacteria) Un organismo monocellulare. Abitano quasi ovunque sulla Terra, dal fondo del mare all’interno degli animali.
calcio Un elemento chimico che è comune nei minerali della crosta terrestre e nel sale marino. Si trova anche nel minerale osseo e nei denti, e può avere un ruolo nel movimento di alcune sostanze dentro e fuori le cellule.
studente laureato Qualcuno che lavora verso un grado avanzato prendendo lezioni e facendo ricerca. Questo lavoro viene fatto dopo che lo studente si è già laureato (di solito con una laurea quadriennale).
scienza dei materiali Lo studio di come la struttura atomica e molecolare di un materiale è legata alle sue proprietà generali. Gli scienziati dei materiali possono progettare nuovi materiali o analizzare quelli esistenti. Le loro analisi delle proprietà generali di un materiale (come la densità, la forza e il punto di fusione) possono aiutare gli ingegneri e altri ricercatori a selezionare i materiali più adatti a una nuova applicazione.
minerale Le sostanze che formano i cristalli, come il quarzo, l’apatite o vari carbonati, che costituiscono la roccia. La maggior parte delle rocce contiene diversi minerali mescolati insieme. Un minerale di solito è solido e stabile a temperatura ambiente e ha una formula specifica, o ricetta (con atomi presenti in certe proporzioni) e una specifica struttura cristallina (nel senso che i suoi atomi sono organizzati in certi schemi tridimensionali regolari). (in fisiologia) Le stesse sostanze chimiche che sono necessarie al corpo per fare e nutrire i tessuti per mantenere la salute.
molecola Un gruppo di atomi elettricamente neutro che rappresenta la più piccola quantità possibile di un composto chimico. Le molecole possono essere fatte di singoli tipi di atomi o di tipi diversi. Per esempio, l’ossigeno nell’aria è fatto di due atomi di ossigeno (O2), ma l’acqua è fatta di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno (H2O).
prede (n.) Specie animale mangiata da altri. (v.) Attaccare e mangiare un’altra specie.
proteine Composti formati da una o più lunghe catene di aminoacidi. Le proteine sono una parte essenziale di tutti gli organismi viventi. Formano la base delle cellule viventi, dei muscoli e dei tessuti; fanno anche il lavoro all’interno delle cellule. L’emoglobina nel sangue e gli anticorpi che cercano di combattere le infezioni sono tra le proteine più conosciute e autonome. Le medicine funzionano spesso agganciandosi alle proteine.
Seta Una fibra fine, forte e morbida filata da una serie di animali, come i bachi da seta e molti altri bruchi, le formiche tessitrici, le mosche caddie e – i veri artisti – i ragni.
Singapore Un’isola nazione situata appena al largo della punta della Malesia nel sud-est asiatico. Precedentemente una colonia inglese, è diventata una nazione indipendente nel 1965. Le sue circa 55 isole (la più grande è Singapore) comprendono circa 687 chilometri quadrati (265 miglia quadrate) di terra, e sono la patria di più di 5,6 milioni di persone.
squid Un membro della famiglia dei cefalopodi (che contiene anche polpi e seppie). Questi animali predatori, che non sono pesci, contengono otto braccia, senza ossa, due tentacoli che catturano il cibo e una testa definita. L’animale respira attraverso le branchie. Nuota espellendo getti d’acqua da sotto la testa e poi agitando il tessuto simile ad una pinna che fa parte del suo mantello, un organo muscolare. Come un polpo, può mascherare la sua presenza rilasciando una nuvola di “inchiostro”.
succhiatore (in botanica) Un germoglio dalla base di una pianta. (in zoologia) Una struttura sui tentacoli di alcuni cefalopodi, come calamari, polpi e seppie.
suckerine Una famiglia di proteine strutturali che formano la base di molte sostanze naturali, dalla seta dei ragni ai denti delle ventose dei calamari.
termoplastica Un termine per sostanze che diventano plastiche – capaci di trasformarsi in forma – quando vengono riscaldate, poi indurite quando si raffreddano. E questi cambiamenti di forma possono essere ripetuti più e più volte.