Non è un animale, e non è certo un minerale. Il verme marino Perinereis cultrifera, una specie predatrice ancora oggi presente nei nostri mari, possiede mascelle così particolari da costringere i ricercatori a introdurre una nuova definizione: “bio-metalli”. Questi organi sono costruiti con proteine e ioni metallici.

Il risultato è un materiale naturale duro e resistente, capace di comportarsi in alcuni casi come un metallo, ma con caratteristiche elastiche che rame e argento non mostrano. Lo studio, pubblicato su Biophysics Reviews, è stato condotto da ricercatori della TU Wien e dell’Università di Vienna.

Gli scienziati volevano capire che cosa distingua davvero i bio-metalli dagli altri biomateriali semplicemente descritti come “simili ai metalli”. Per farlo hanno analizzato tre aspetti principali: la durezza, la risposta alla deformazione e la struttura creata dall’interazione tra proteine e ioni. Le mascelle sono state sottoposte a nanoindentazione, una tecnica che preme sulla superficie del materiale a scala microscopica, insieme ad analisi chimiche e immagini ad alta risoluzione.

Distribuzione degli ioni e resistenza del materiale

I risultati hanno confermato che gli ioni metallici sono più concentrati sulle punte delle mandibole rispetto alle regioni centrali. Questa distribuzione renderebbe le estremità più dure e adatte a sopportare lo sforzo del morso. Variando la profondità dell’indentazione, il gruppo ha inoltre osservato il cosiddetto effetto dimensionale Nix-Gao, noto anche in metalli come rame e argento: più piccola è l’area sottoposta a pressione, maggiore può risultare la resistenza alla deformazione. Nelle mascelle del verme, le forti variazioni di tensione su regioni minuscole sembrano favorire l’interazione tra difetti strutturali, aumentando la durezza locale.

L’elasticità dei bio-metalli

La vera sorpresa è arrivata però dall’elasticità. Le mandibole hanno mostrato una risposta che cambia in base alla scala della misurazione, una proprietà che non appartiene ai comuni metalli cristallini. I modelli matematici elaborati dal gruppo suggeriscono che questa elasticità dipenda dall’organizzazione atomica del materiale, ancora in gran parte da comprendere. C'è una creatura più strana: Il verme di velluto.

Possibili applicazioni future

I ricercatori intendono ora studiare altre specie e verificare come eventuali interventi genetici possano modificare queste strutture. Comprendere i bio-metalli potrebbe ispirare materiali artificiali più leggeri, resistenti e adattabili, dimostrando ancora una volta quanto le soluzioni elaborate dalla natura possano anticipare l’ingegneria umana del prossimo futuro.

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