UGR: Las ostras desarrollan sus conchas lámina a lámina como impresoras 3D

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Las ostras producen en sus conchas materiales espumosos con una técnica adaptada a su falta de espacio y parecida a la impresión 3D
Las ostras, y, en general, los moluscos, desarrollan sus conchas lámina a lámina 
Científicos de la UGR descubren que producen estructuras tridimensionales tipo espuma con una tecnología propia con la que han solventado el problema de limitación del espacio extrapaleal (el pequeño espacio que separa al molusco de la concha)

Científicos de la Universidad de Granada (UGR) han descubierto que las ostras son capaces de producir estructuras tridimensionalesorganizadaspor procesos físicoscoloidales, cuyo resultado asemeja una espuma sólida, mediante una técnica única, similar a una impresora 3D, que les permite desarrollarlas lámina a lámina, con lo que han solventado el problema de limitación del espacio extrapaleal (el pequeño espacio que separa al molusco de la concha). Su trabajo ha sido publicado en la prestigiosa revista Journal of the Royal Society Interface.

Las ostras y, en general, los moluscos (así como otros grupos de invertebrados) segregan sus conchas a través de un espacio extremadamente reducido (mucho menor de una micra) que existe entre el tejido vivo que segrega la concha (el manto) y la superficie de crecimiento de la concha que existe en todos los moluscos. Éste es el llamado espacio extrapaleal (palio=manto). Tiene la forma de una finísima película y está relleno de un fluido acuoso llamado fluido extrapaleal. Resulta, por lo tanto, enigmático que las ostras puedan producir vesículas de decenas, a veces centenas, de micras de diámetro a través de ese espacio tan reducido.

La familia Gryphaeidae (grifeas) de ostras fue un grupo muy importante durante el Jurásico(hace entre 201 y 145 millones de años), aunque hoy están prácticamente desaparecidas. Algunos grupos de esta familia desarrollaron de modo exclusivo, a partir del Cretácico, un material altamente poroso llamado vesicular.

“Este material está hecho de vesículas rellenas de un líquido acuoso, rodeadas de paredes calcíticas. Se trata de un material poco denso, por lo que, mediante la intercalación de capas vesiculares, la grifea desarrolla una concha resistente al mismo tiempo que ligera. Así se adquieren además conchas gruesas con un ahorro considerable de material de construcción, que es costoso metabólicamente”, explica Antonio Checa, investigador del departamento de Estratigrafía y Paleontología de la UGR y autor principal de este trabajo.

El estudio realizado en la UGR se ha centrado en el modo en que las grifeas construyen sus capas vesiculares. “Aparte de otras técnicas, nos hemos basado en reconstrucciones tridimensionalesy medidas sobre las capas vesiculares de grifeas actuales realizadas con el microtomógrafo del Centro de Instrumentación Científica (CIC) de la UGR. Todos los resultados muestran que el material vesicular tiene propiedades topológicas y comportamientossimilares a los de una espuma sólida”, explica Checa.

Una emulsión dentro del espacio extrapaleal

Los investigadores han concluido que la ostra produce este material creando primero una emulsión dentro del espacio extrapaleal entre el precursor líquido de la calcita y el fluido extrapaleal. Hay que destacar que las espumas (sistemas gas-líquido) y emulsiones (sistemas líquido-líquido) son sistemas coloidales s que obedecen a las mismas leyes y se comportan de forma análoga. Con el crecimiento, el precursor líquido de la calcita cristaliza creando ‘burbujas’ cuya pared solidifica, que se incorporan a la capa vesicular, al mismo tiempo que el espacio extrapaleal se desplaza y dentro de él la emulsión continúa evolucionando.

“Para que este mecanismo funcione, cada célula del manto debe de ser capaz de reconocer (reconocimiento por contacto) con qué componente o componentes (precursor líquido de la calcita ó fluido extrapaleal) de la emulsión está en contacto, y continuar segregando uno u otro, de acuerdo con dicha información”, señala el profesor de la UGR.

Mientras que la creación de espumas es un proceso que tiene lugar en espacios amplios y la burbujas se crean o desaparecen de una vez, las grifeas han desarrollado esta “tecnología” propia que les permite desarrollarlas lámina a lámina, al modo de una impresora 3D, con lo que han solventado el problema de las restricciones de espacio que impone el espacio extrapaleal.

Por lo tanto, el material vesicular de las ostras se encuentra bajo un doble control: físico (autoorganización de una emulsión) y biológico (comportamiento celular sofisticado).

Los materiales mineralizados segregados por los organismos, de los cuales hay una amplia variedad, plantean problemas biofísicos muy interesantes. Al mismo tiempo, son de alto interés en ciencia de materiales, porque tienen propiedades biomecánicas (ligereza, resistencia, flexibilidad) excepcionales, muy por encima de las de sus componentes individuales (básicamente carbonato cálcico y materia orgánica). Por ello, sirven de inspiración para el desarrollo de nuevos compuestos sintéticos de alta funcionalidad.

  1. Microestructura vesicular de las grifeas. A. Vista del interior de una valva mostrando los parches de microestructura vesicular a lo largo del borde. B. Detalle de los parches vesiculares (porosos, ‘v’) y de material foliado (compacto, ‘f’). C. Sección de una valva. Se observa una intercalación de capas vesiculares (v) y foliadas (f). D. Fractura a través de una capa vesicular. La existencia de líneas de crecimiento (flechas) indica que el material crece por adición de pequeñísimos incrementos de crecimiento. E. Vista de la superficie interna de una capa vesicular, en que se aprecia el aspecto celular (tipo espuma) de la misma. F. Imágenes generadas mediante micro-CT, que muestran los interiores de las vesículas. En algunos casos son alargadas (izquierda) o de morfologías irregulares (derecha).

  2. Mecanismo de fabricación del material vesicular. El tejido vivo (el manto) se une a la superficie de la concha en crecimiento. Las células del manto son capaces de reconocer los extremos de las paredes calcíticas de las vesículas (flechas rojas) y segregar sobre dichos extremos una fina película de precursor líquido de calcita (cuyo espesor está limitado por las dimensiones submicrométricas del espacio extrapaleal). No hay segregación de precursor sobre el resto de la superficie. Con el tiempo, este precursor líquido cristaliza formando calcita. Con la repetición del proceso se van añadiendo una serie de incrementos marcados por líneas de crecimiento.

  3. Los cuatro autores de este trabajo de la UGR. De izquierda a derecha, Antonio Checa, Elisabeth Harper, Fátima Linares y Julia Maldonado.

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