诞生于“混沌”！贝壳的珍珠层是如何趋于完美的

Science_北京

不惧过往，不畏将来！01-07 14:08

新研究表明，珍珠母的结构断层可以互相吸引、互相抵消，最终形成完美的周期性结构。

珍珠层结构。

当地时间1月4日，《自然物理学》杂志发文称，来自德累斯顿工业大学分子生物工程中心（B CUBE）和欧洲同步加速器辐射设施组（ESRF）的研究人员首次发现：珍珠母的结构断层可以互相吸引、互相抵消，最终形成完美的周期性结构。

软体动物建造贝壳是为了保护自身软组织免受捕食者侵害。珍珠层（也叫珍珠母）十分坚固，因为它具有高度规则的复杂结构。

不同物种的珍珠层长度也不同，有的可达数十厘米。但无论大小，它们都是由相同物质在不同位置堆叠而成。

珍珠层形成之初，细胞会在不同的位置分泌沉积物质。显然，早期的珍珠层结构并不规则，有着诸多结构缺陷。

研究人员说：“刚开始时，这些矿物有机组织充满了断层，这些断层像螺旋楼梯一样层层堆叠，向左或向右延伸。但最终，成熟的珍珠层结构却完美无瑕。”

直到现在，人们也还没有弄明白这种均匀的结构是如何从最初的“混沌”之中诞生的，断层在其形成过程中又有什么作用？

Zlotnikov小组的研究人员与ESRF合作，对形成初期和成熟珍珠层的内部结构进行了详细研究。利用基于同步加速器的全息X射线纳米断层扫描技术，研究人员可以捕捉到珍珠层随时间变化的生长情况。

同步加速器辐射设施全息X射线纳米断层扫描光束线（ID16A）的终端站。

Zlotnikov博士说：“珍珠层具有小于50纳米的有机特征。ESRF上的ID16A光束线首次让我们能够观察到珍珠层的三维结构。”

欧洲同步辐射装置X射线纳米探针组的Pacureanu 博士补充道：“电子密度高且具有周期性的片晶与细长的有机面相结合，使得珍珠层成像极具挑战性。通过低温成像技术，我们达到了分辨率需求。”

数据分析是这项研究的另一难点。研究人员开发了基于神经网络的分割算法，并训练其区别珍珠母的不同层。

观察结果显示，珍珠母结构断层的“运动”令人惊讶。旋转方向相异的断层会相互吸引，这些具有手性对称性的缺陷会在结构中移动、相遇，然后相互抵消。这一过程使得整个组织逐渐趋同，随着时间推移，有缺陷的结构最终会变得规律而均匀。

其他许多动物物种也会生成类似珍珠层的周期性结构。研究人员认为，新发现的机制不仅能解释珍珠层结构的形成，也同样适用于其他生物沉积构造。

（部分图片来源于网络）

◎编译 | 小贝

◎审稿 | 西莫

◎责编 | 陈之涵

◎期刊来源 |《自然物理学》

◎期刊编号 |  1745-2473

◎原文链接：

https://phys.org/news/2021-01-scientists-mother-of-pearl-self-assembles.html

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