Vele inktvissoorten hebben vlijmscherpe tanden. Ze zitten alleen niet waar je ze zou verwachten. Elk van de zuignappen die langs de tentakels van een pijlinktvis lopen, verbergt een ring van tanden. Deze tanden voorkomen dat de prooi van het dier wegzwemt. Ze zijn ook meer dan alleen een curiositeit. Wetenschappers willen op inktvissen geïnspireerde materialen maken die net zo sterk zijn als deze weerhaken. De gegevens van een nieuwe studie kunnen hen daarbij helpen.
Voordat zij konden beginnen met het ontwerpen van de nieuwe materialen, moesten wetenschappers begrijpen wat de pijlinktvistanden zo sterk maakt. Sommigen zijn met dergelijk werk begonnen door zich te concentreren op de grote moleculen – suckerin-eiwitten – waaruit de tanden zijn opgebouwd.
Educators and Parents, Sign Up for The Cheat Sheet
Wekelijkse updates om u te helpen Science News for Students in de leeromgeving te gebruiken
Akshita Kumar is een afgestudeerde student aan de Nanyang Technological University in Singapore. Samen met onderzoekers van A*STAR’s Bioinformatics Institute, ook in Singapore, heeft haar groep tientallen suckerine-eiwitten geïdentificeerd. Zij vormen sterke, rekbare structuren, beta-sheets genoemd, rapporteert Kumar’s team. (Deze structuren maken ook spinnenzijde sterk en rekbaar.) De nieuwe gegevens tonen aan dat deze inktvis-eiwitten thermoplastisch zijn. Dat betekent dat ze smelten bij verhitting en weer vast worden wanneer ze worden afgekoeld.
“Dit maakt het materiaal kneedbaar en herbruikbaar,” legt Kumar uit. Ze presenteerde de bevindingen van haar team eind februari op een conferentie van de Biophysical Society in Los Angeles, Californië.
Met hulp van bacteriën
Kumar’s studies hebben zich gericht op suckerin-19, een van de meest voorkomende van deze eiwitten. Ze werkt in het lab van materiaalwetenschapper Ali Miserez, die de inktvis-eiwitten sinds 2009 bestudeert.
Kumar hoeft de tanden van een inktvis niet te verwijderen om de eiwitten te bestuderen. In plaats daarvan kunnen wetenschappers in het lab van Miserez bacteriën “trainen” om de eiwitten te maken. Om dit te doen, veranderen de onderzoekers de genen in de eencellige microben. Op deze manier kan het team volop zuignap-eiwitten krijgen – zelfs als er geen inktvis in de buurt is.
Wetenschappers geloofden vroeger dat de zuignaptanden van een inktvis gemaakt waren van een hard materiaal dat chitine (KY-tin) wordt genoemd. “Zelfs schoolboeken vermelden soms dat ze van chitine zijn gemaakt,” merkt Kumar op. Maar dat is niet waar, zo heeft haar team nu aangetoond. De tanden zijn ook niet gemaakt van mineralen zoals calcium, die menselijke tanden hun sterkte geven. In plaats daarvan bevatten de ringtanden van de inktvis eiwitten en alleen maar eiwitten. Dat is opwindend, zegt Kumar. Het betekent dat een supersterk materiaal kan worden gemaakt met alleen eiwitten – geen andere mineralen nodig.
En in tegenstelling tot zijde (zoals de eiwitten die worden gemaakt door spinnen of insecten die cocons maken), vormt het spul van de pijlinktvis zich onder water. Dat betekent dat op inktvis geïnspireerde materialen nuttig zouden kunnen zijn op natte plaatsen, zoals in het menselijk lichaam.
Materialenwetenschapper Melik Demirel werkt aan de Pennsylvania State University in University Park. Daar werkt hij aan inktvisproteïnen en weet hij van onderzoek op dit gebied. De Singapore-groep doet “interessante dingen”, zegt hij. Ooit in het verleden heeft hij samengewerkt met het Singaporese team. Nu, zegt hij, “zijn we aan het concurreren.”
Samenwerking en concurrentie hebben het veld vooruit gestuwd, merkt hij op. Pas de laatste jaren beginnen wetenschappers de structuur van de eiwitten in inktvistanden echt te begrijpen. Hij hoopt die kennis goed te kunnen gebruiken.
Recentelijk produceerde Demirel’s lab een op inktvissen geïnspireerd materiaal dat zichzelf kan genezen als het beschadigd raakt. De Singapore-groep richt zich op het begrijpen van wat de natuur heeft geproduceerd in de tanden. Demirel zegt dat zijn team probeert dingen te maken “die verder gaan dan wat de natuur heeft geleverd.”
Power Words
(voor meer over Power Words, klik hier)
bacterium (pl. bacteriën) Een eencellig organisme. Deze komen bijna overal op aarde voor, van de bodem van de zee tot in dieren.
calcium Een chemisch element dat veel voorkomt in mineralen van de aardkorst en in zeezout. Het wordt ook aangetroffen in botmineralen en tanden, en kan een rol spelen bij de beweging van bepaalde stoffen in en uit cellen.
Graduaatstudent Iemand die naar een hogere graad toewerkt door lessen te volgen en onderzoek te doen. Dit werk wordt gedaan nadat de student al is afgestudeerd (meestal met een vierjarige graad).
materials science De studie van hoe de atomaire en moleculaire structuur van een materiaal samenhangt met de algemene eigenschappen ervan. Materiaalwetenschappers kunnen nieuwe materialen ontwerpen of bestaande materialen analyseren. Hun analyses van de algemene eigenschappen van een materiaal (zoals dichtheid, sterkte en smeltpunt) kunnen ingenieurs en andere onderzoekers helpen materialen te selecteren die het meest geschikt zijn voor een nieuwe toepassing.
mineraal De kristalvormende stoffen, zoals kwarts, apatiet of diverse carbonaten, waaruit gesteente is opgebouwd. De meeste gesteenten bevatten verschillende mineralen door elkaar. Een mineraal is gewoonlijk vast en stabiel bij kamertemperatuur en heeft een specifieke formule, of recept (met atomen die in bepaalde verhoudingen voorkomen) en een specifieke kristalstructuur (wat betekent dat de atomen georganiseerd zijn in bepaalde regelmatige driedimensionale patronen). (in de fysiologie) Dezelfde chemische stoffen die het lichaam nodig heeft om weefsels te maken en te voeden om gezond te blijven.
molecule Een elektrisch neutrale groep atomen die de kleinst mogelijke hoeveelheid van een chemische verbinding vertegenwoordigt. Moleculen kunnen bestaan uit één soort atomen of uit verschillende soorten. De zuurstof in de lucht bestaat bijvoorbeeld uit twee zuurstofatomen (O2), maar water bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom (H2O).
prooi (n.) Diersoort die door anderen wordt gegeten. (v.) Het aanvallen en opeten van een andere diersoort.
eiwitten Samenstellingen gemaakt van een of meer lange ketens van aminozuren. Eiwitten zijn een essentieel onderdeel van alle levende organismen. Ze vormen de basis van levende cellen, spieren en weefsels; ze doen ook het werk binnenin de cellen. De hemoglobine in het bloed en de antilichamen die infecties proberen te bestrijden, behoren tot de beter bekende, op zichzelf staande eiwitten. Geneesmiddelen werken vaak door zich aan eiwitten te hechten.
Zijde Een fijne, sterke, zachte vezel die door een reeks dieren wordt gesponnen, zoals zijderupsen en vele andere rupsen, wevermieren, caddisvliegen en – de echte kunstenaars – spinnen.
Singapore Een eilandnatie net voor de punt van Maleisië in Zuidoost-Azië. Vroeger was het een Engelse kolonie, maar in 1965 werd het een onafhankelijke natie. De ongeveer 55 eilanden (de grootste is Singapore) omvatten ongeveer 687 vierkante kilometer land, en zijn de thuisbasis van meer dan 5,6 miljoen mensen.
inktvis Een lid van de familie van de koppotigen (die ook octopussen en inktvissen omvat). Deze roofdieren, die geen vissen zijn, hebben acht armen, geen beenderen, twee tentakels die voedsel vangen en een afgebakende kop. Het dier ademt door middel van kieuwen. Het zwemt door waterstralen van onder zijn kop uit te stoten en dan te zwaaien met vinachtig weefsel dat deel uitmaakt van zijn mantel, een gespierd orgaan. Net als een octopus kan hij zijn aanwezigheid maskeren door een wolk van “inkt” vrij te laten.”
sucker (in de plantkunde) Een scheut uit de basis van een plant. (in de zoölogie) Een structuur op de tentakels van sommige koppotigen, zoals inktvissen, octopussen en inktvissen.
suckerins Een familie structurele eiwitten die de basis vormen van veel natuurlijke stoffen, van spinnenzijde tot de tanden op de zuigers van een inktvis.
thermoplastisch Een term voor stoffen die plastisch worden – in staat om van vorm te veranderen – wanneer ze worden verhit, en vervolgens hard worden wanneer ze worden afgekoeld. En deze veranderingen van vorm kunnen steeds weer worden herhaald.