מגזין הטכניון | אביב 2018

מחקר ופיתוח 22 http://advances.sciencemag.org/content/3/10/eaao2047.full למ אמר: פוגיים (“ספוגי-ים”) הם האורגניזמים הרב- תאיים העתיקים והפרימיטיביים ביותר - ראשיתם לפני יותר מחצי מיליארד שנה. יצורים אלה חיים בעיקר במים מלוחים וניזונים מחלקיקים של חומר אורגני. למרות פשטותם, כמה משפחות של ספוגיים פיתחו במהלך האבולוציה יכולת לייצר מחטי זכוכית - אלמנטים מבניים ייחודיים ומדויקים המספקים לספוג תמיכה מבנית, חוזק מכני והגנה מפני צוֹרָן גורמים עוינים. המחט (ספיקולה) בנויה מתחמוצת (סיליקה) ואורכה בין מיקרונים בודדים לכמה מילימטרים. מחטים אלה נוצרות כמבנים מסועפים תלת-ממדיים, המהווים דוגמה לסימטריה במערכות ביולוגיות. יצירת מחטי הזכוכית על ידי הספוג שונה לחלוטין מתהליכים מלאכותיים של עיבוד זכוכית, המצריכים מעלות צלזיוס. המנגנון 1,000- חימום של החומר לכ הטבעי של יצירת מחטי הזכוכית בטמפרטורת מי הים נחשף כעת לראשונה במאמר שכתב פרופ’-אמריטוס אמיל זולוטויאבקו מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון יחד עם שותפיו בגרמניה ובראשם ד”ר איגור זלוטניקוב מהאוניברסיטה הטכנית בדרזדן. Science המחקר, שפורסם בנובמבר בכתב העת , מציג את העיקרון של בניית מחטי הזכוכית Advances ) - הקבוצה הגדולה Demospongiae בספוגי סיליקה ( ביותר במערכת הספוגיים. פענוח מבנה המחט מבוסס - מאיץ האלקטרוני האירופי ESRF על ניסויים שנערכו ב- בגרנובל, צרפת. ניסויים אלה בוצעו באמצעות שימוש בשיטות המתקדמות ביותר: ננוטומוגרפיה X בקרני ודיפרקציה תחת קרן ממוקדת. החוקרים גילו שמחט הזכוכית נבנית סביב סיב אורגני מיקרונים. סיב זה בנוי בעיקר מסיליקטאינים 3- שקוטרו כ - חלבונים פעילים אנזימטית המזרזים את גידול תחמוצת הצורן. תהליך זה מבוקר על ידי תאים מתמחים הקרויים סקלטרוציטים (תאים בוני שלד). תגלית מעניינת במיוחד נוגעת לסידור החלבונים בסיב. החלבונים מאורגנים בבלוקים ננומטריים המסודרים במבנה מחזורי ייחודי: משושה דמוי-גביש. הנקבוביות בתוך מבנה זה מלאות בסיליקה אמורפית. לדברי פרופ’ זולוטויאבקו, “הבלוקים הננומטריים של חלבון ושל סיליקה אמורפית בנויים בסדר מחזורי היוצר . דפוס X נקודות חדות מאד בתבנית דיפרקציית קרני זה מספק מידע מקיף לגבי הסימטריה ותהליך הסיעוף של המחטים.” בין השאר גילו החוקרים כי “הגזע העיקרי של המחט צומח במאונך למישור הבסיסי של סריג המשושה על מוּנְחים של החלבון, והקוצים שצומחים לצדדים 66- ידי מישורים פירמידליים הניצבים בזווית של כ מעלות יחסית למישור הבסיס. כך מתקבלת הצורה של טטראפוד - מפגש בין ארבעה קוצים. מצאנו גם מישורים נוספים שאחראים להיווצרות הסתעפויות דמויות מזלג.” לדברי פרופ’ זולוטויאבקו, “מנקודת ראות הנדסית יש כאן תהליך מרתק שבו הטבע יוצר, מחומרים זמינים, מבני זכוכית מורכבים ביותר בטמפרטורות נמוכות - תהליך שהאדם עדיין לא הצליח לממש. אנחנו מעריכים שהמחקר שלנו, המפענח את מנגנון ההיווצרות של מחטי הזכוכית המסועפות בספוגיים, עשוי לספק השראה לתהליכי ייצור של חומרים ננו-גבישיים שימושיים ללא צורך בחימום לטמפרטורות גבוהות.” ס פרופ’ אמיל זולוטויאבקו בתמונות, מימין לשמאל: מגוון הצורות הקיימות בספוגי הים הצורניים; תוצאות של המסבירות X דיפרקציית קרני את תהליך הסיעוף; מחט זכוכית בודדת