تعتبر أشواك قنفذ البحر أعجوبة هندسية. وكل شوكة من قاعدتها إلى طرفها هي في الحقيقة بلورة واحدة. عندما تنكسر، تتطور أشواك قنفذ البحر وتصلح نفسها في غضون أيام قليلة. اكتشف فريق من العلماء من معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا كيفية القيام بذلك.
تتكون البلورات - مثل بلورات السكر والملح - من ذرات أو جزيئات مذابة في سائل، ولها أشكال مميزة ومحددة مسبقًا. لكن البروفيسور ليا إيدي والبروفيسور ستيف وينر وأعضاء مجموعاتهم البحثية في قسم البيولوجيا الهيكلية في معهد وايزمان للعلوم، وجدوا أن قنفذ البحر يستخدم طريقة مختلفة لتنمية البلورات التي تشكل أشواكه. في بداية العملية، يتم العثور على المادة المستخدمة لبناء المسامير في تكوين غير بلوري يسمى كربونات الكالسيوم غير المتبلورة (ACC). يتم دفع حزم من هذه المادة من الخلايا المحيطة بقاعدة السنبلة إلى موقع الكسر، من حيث يتطور السنبلة ويكمل نفسه، وفي غضون ساعات قليلة من وصول المادة إلى هذه النقطة، يتحول ACC غير المتبلور إلى بلورة كالسيت منظمة تشكل العمود الفقري المتجدد، مما يسمح للحيوان بالتحكم في تصميم البلورة.
لمتابعة عملية ترسيب وتشكيل ACC، استخدم العلماء - بما في ذلك طالبة البحث يائيل بوليتي، والدكتورة يوجينيا كلاين، وتالمون أراد من وحدة البنية التحتية للأبحاث الكيميائية في معهد وايزمان للعلوم - أربع طرق بحث مختلفة، بما في ذلك نوعان من المجهر الإلكتروني. يقول البروفيسور وينر: "من الطبيعي أن نتساءل لماذا كان من الصعب علينا فحص عملية تبدو لنا أساسية للغاية، والتي ظل العلماء يدرسونها منذ أكثر من قرن من الزمان. ولكن في الواقع، نظرًا لأن تكوين ACC موجود بشكل مؤقت فقط، فقد طُلب منا تطوير طرق وأساليب جديدة سمحت لنا بالعمل في نافذة الفرصة الضيقة نسبيًا لوجود المادة في هذا التكوين.
تُظهر صور الأشواك المتجددة إبرًا مجهرية تنمو في البداية بشكل مستقيم من جذع الشوكة المكسورة، ثم تتفرع لتشكل هيكلًا قويًا ولكنه خفيف يشبه الدانتيل. التركيب البلوري للشوكة القديمة هو نوع من القالب الذي يملي ويتحكم في تنظيم جزيئات المادة الجديدة، في البلورة المتنامية.
وفي دراسات سابقة اكتشف علماء المعهد أن طريقة العمل هذه تطبقها الرخويات وصغار قنافذ البحر التي تكون في مرحلة اليرقات، بغرض بناء هيكلها الداخلي. لكن في الدراسة الحالية أصبح واضحا، لأول مرة، أن الحيوانات البحرية البالغة تستخدم أيضا طريقة البناء هذه. يختلف نمط حياة اليرقة كثيرًا عن أسلوب حياة الشخص البالغ (على سبيل المثال، يرقة قنفذ البحر الصغيرة شفافة وتسبح، مقارنة باليرقة المستديرة والشائكة البالغة التي تعيش في قاع البحر). لذلك من المدهش أن نجد أن كلاهما يستخدمان نفس طريقة التشغيل. أدى هذا الاكتشاف إلى افتراض البروفيسور آدي والبروفيسور وينر أن هذه الطريقة هي استراتيجية أساسية تشترك فيها مجموعة واسعة من الكائنات ذات الأشواك والأصداف مثل الرخويات والمرجان.
ويقول العلماء إن القدرة على إنتاج بلورات مفردة من مادة غير متبلورة يمكن تطبيقها على إنتاج ومعالجة مواد اصطناعية متقدمة لها خصائص البلورات المفردة.
