چرا مروارید متقارن و گِرد است؟
قرن‌ها بود که محققان در مورد اینکه صدف‌ها چگونه مرواریدهای کاملاً گرد و متقارن در اطراف دانه‌های نامنظم شن یا تکه‌های زباله رشد می‌‌دهند، متحیر بودند. همین کنجکاوی هم باعث شد که تیمی از محققان نشان دهند که صدف‌ها و سایر نرم‌تنان از فرآیند پیچیده‌ای برای رشد چنین جواهراتی استفاده می‌کنند! فرآیندی که از قوانین ریاضی در طبیعت پیروی می‌کند.
مروارید چگونه تشکیل می‌شود؟
زمانی که یک ماده‌ی تحریک‌کننده (همچون دانه‌ی شن) در داخل یک نرم‌تن به دام می‌افتد، صدف با ساختن لایه‌های نرمی از مواد معدنی و پروتئین که ناکر (Nacre) نامیده می‌شود، از خود محافظت می‌کند و طی چنین فرآیندی مروارید تشکیل می‌شود!
ساخت مروارید در درون بدن نرم صدف‌ها، به نوعی سیستم دفاعی صدف برای محافظت از خود محسوب می‌شود تا با ساخت لایه‌های ناکر در اطرافِ متجاوز به حریم نرمِ صدف، از آسیب به خود جلوگیری کند!
مطالعات صورت گرفته در ۱۹ اکتبر امسال نشان می‌دهد که هر لایهی جدید از ناکر که بر روی جسم نامتقارنِ به دام افتاده در صدف، تشکیل می‌شود، دقیقاً با لایه‌های قبلی سازگار است و با دقت، بی‌نظمی‌ها را می‌پوشاند تا مرواریدی گرد و متقارن تشکیل شود! لورا اوتر (Laura Otter)، بیوژئوشیمی‌دان در دانشگاه ملی استرالیا، بیان می‌کند که ناکر، همان ماده‌ی فوق‌العاده زیبا، کمانی شکل و براق است که ما در داخل برخی از صدف‌های دریایی یا بر روی بدنه‌ی مروارید می‌بینیم.
تقارن شگفت‌انگیز مروارید ناشی از چیست؟
اوتر و همکارانش کشف کردند که رشد متقارنِ مروارید (در حالی که لایه‌هایی از ناکر بر روی آن می‌نشیند!) متکی بر تعادلِ دو قابلیت اساسی در بستر صدف است. در همین راستا اولین مورد در رشد متقارن مروارید این است که صدف، انحرافات در رشد که به شکل مروارید ظاهر می‌شوند را اصلاح می‌کند و از انتشار و ادامه‌ی آن تغییرات در لایه‌های دیگر جلوگیری می‌کند؛ تا مروارید کج و بی‌شکل رشد نکند!
علاوه بر این، صدف‌های مروارید ساز این قابلیت را دارند که ضخامت لایه‌های ناکر را تعدیل کنند، به طوری که اگر یک لایه ضخیم‌تر تشکیل شود، لایهی بعدی در پاسخ به آن نازک‌تر خواهد بود. چنین فرآیندی به مروارید کمک می‌کند تا ضخامت مناسب و مشابه‌ای را در هزاران لایه خود ایجاد و حفظ کند تا کاملاً گرد و یکنواخت به نظر برسد. به طور کلی بدون وجود چنین تنظیماتی، مروارید شبیه به سنگی رسوبی، با فرج و شکلی غیرکروی به نظر می‌رسید.
طیف‌سنجی رامان روشی است که در آن فوتون‌های تک طول موج (که در ناحیهٔ مرئی با نام نور تکفام معرفی می‌شوند!) روی نمونه متمرکز می‌شود و با مولکول‌ها برهم‌کنش می‌کنند. سپس فوتون‌های پراکنده شده مورد مطالعه قرار می‌گیرند.
به منظور مطالعات دقیق‌تر، محققان مرواریدهای کِشیِ (keshi pearls) جمع آوری شده از صدفِ مرواریدِ آکویا (Pinctada imbricata fucata) در مزرعه‌ی مروارید ساحلی در شرق استرالیا را مورد بررسی قرار دادند. در همین راستا آن‌ها از یک اره‌ی الماسِ سیمی، برای برش مرواریدها به شکل مقاطع عرضی استفاده کردند! سپس با استفاده از طیف‌سنجی رامان (Raman spectroscopy)، که یک تکنیک غیرمخرب به منظور بررسی ساختار مرواریدها است، این جواهرات درخشان را بررسی کردند. جالب است بدانید که مروارید نمونه‌ی این گروه تحقیقاتی دارای ۲۶۱۵ لایه بود که طی ۵۴۸ روز رسوب، ساخته شده بود!
این سطح مقطع از مروارید کِشی (keshi Pearl) نشان می‌دهد که لایه‌های ناکر به صورت کاملا متقارن، در اطراف یک توده‌ی نامنظم از زباله رشد می‌کند.
تجزیه و تحلیل‌های صورت گرفته روی این نمونه از مرواریدها نشان می‌دهد که نوسان در ضخامت لایه‌های ناکر در مروارید، پدیده‌ای به نام نویز صورتی (Pink Noise) را به نمایش می‌گذارد که در آن رویدادهایی که به نظر تصادفی می‌رسیدند، درواقع به یکدیگر مرتبط هستند. در این نگاه، تشکیل لایه‌های ناکری با ضخامت‌های مختلف ممکن است تصادفی به نظر برسد، اما در حقیقت به ضخامت لایه‌های قبلی وابسته است.
جالب است بدانید که این پدیده در بحث فعالیت‌های لرزه‌ای زمین هم وجود دارد! درواقع غرش زمین ممکن است تصادفی به نظر برسد، اما در حقیقت به فعالیت‌های لرزه‌ای زمین مرتبط است. رابرت هودن (Robert Hovden)، دانشمند و مهندس مواد در دانشگاه میشیگان اذعان دارد که نویز صورتی در موسیقی کلاسیک، کنترل ضربان قلب و بررسی فعالیت‌های مغزی هم ظاهر می‌شود!
سخن پایانی
در پایان لازم به تاکید است که ناکر قابلیت خود ترمیم‌کنندگی دارد و هنگامی که نقصی در آن ایجاد شود، بدون استفاده از هیچ الگوی خارجی‌ای، خود را در چند لایه بهبود می‌دهد. درواقع شاید در نگاه اول ساده به نظر برسد اما این موجودات فروتن همه روزه در حال ساخت ماده‌ای فوق‌العاده سبک و سخت هستند که بسیار بهتر از مرواریدهای ساخته شده به دست فناوری‌های ما است. صدف با استفاده از کلسیم، کربنات و پروتئین، ماده‌ای ۳۰۰۰ برابر سخت‌تر از مواد تشکیل دهنده‌ی ناکر را می‌سازد. بنابراین درک چگونگی ساخت مروارید می‌تواند الهام‌بخشِ نسل بعدی مواد فوق‌العاده کارآمدتر یا مقاوم در برابر حرارت، برای ساخت فضاپیماها باشد.
منبع اصلی: PNAS
منبع: Science News
