الباحثون كشفوا سر التماثل المذهل للؤلؤ – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Researchers have unlocked the secret to pearls’ incredible symmetry
(Rachel Crowell – بقلم: راشيل كرويل)
ملخص المقالة:
أظهر باحثو الجامعة الوطنية الأسترالية في كانبيرا أن المحار وبلح البحر والرخويات الأخرى تستخدم عملية معقدة لتنشىء اللآلئ، حيث تتشكل عندما يحاصَر المهيج (حبة رمل او قطعة من طعام او أي جسم غريب) داخل الرخويات، ويحمي الحيوان نفسه من خلال بناء طبقات ناعمة من المعادن والبروتين – تسمى معا عرق اللؤلؤ – من حوله. وتتكيف كل طبقة جديدة من عرق اللؤلؤ المبنية على هذا المركز غير المتماثل بدقة مع تلك التي سبقته، مما يخفف من عدم الانتظام ليؤدي إلى لؤلؤة مستديرة. وتصنع هذه المخلوقات المتواضعة مادة فائقة الضوء وصعبة للغاية، بسهولة وأفضل بكثير مما نفعل مع جميع تقنياتنا. ويمكن أن يؤدي هذا الفهم الجديد للؤلؤ الى إلهام “الجيل القادم من المواد الفائقة”، مثل الألواح الشمسية، الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة أو المواد الصلبة والمقاومة للحرارة، المحسنة للاستخدام في المركبات الفضائية.
( المقالة )
الاكتشاف يمكن أن يلهم المزيد من المواد المثالية للألواح الشمسية والسفر إلى الفضاء

اكتشف الباحثون كيف ينشىء المحار والرخويات الأخرى مثل هذه اللآلئ المتماثلة، مثل محار لؤلؤ أكويا، كما في الصورة هنا. يمكن أن تلهم النتيجة مواد جديدة للألواح الشمسية والمركبات الفضائية. مصدر الصورة: لورا أوتر
لقرون مضت، احتار الباحثون حول كيفية انشاء المحار لآلئ متناظرة بشكل مذهل ومستديرة تماما حول حبيبات رمل غير منتظمة الشكل أو قطع من حطام. والآن أظهر فريق البحث أن المحار وبلح البحر والرخويات الأخرى تستخدم عملية معقدة لتنشىء الأحجار الكريمة التي تتبع القواعد الرياضية التي تظهر في جميع أنحاء الطبيعة.
وتتشكل اللآلئ عندما يحاصَر المهيج (حبة رمل او قطعة من طعام او أي جسم غريب تسبب تهيجًا او حكةً للمحار) داخل الرخويات، ويحمي الحيوان نفسه من خلال بناء طبقات ناعمة من المعادن والبروتين – تسمى معا عرق اللؤلؤ – من حوله. وتتكيف كل طبقة جديدة من عرق اللؤلؤ المبنية على هذا المركز غير المتماثل بدقة مع تلك التي سبقته، مما يخفف من عدم الانتظام ليؤدي إلى لؤلؤة مستديرة، وفقا لتحليل نشر في 19 أكتوبر 2021 في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (Proceedings of the National Academy of Sciences).

بلح البحر. المصدر: ويكيبيديا
وتقول لورا أوتر، عالمة الكيمياء الجيولوجية الحيوية في الجامعة الوطنية الأسترالية في كانبيرا: “عرق اللؤلؤ هو هذه المادة الجميلة والقزحية واللامعة بشكل لا يصدق التي نراها في دواخل بعض الصدف البحري أو على السطح الخارجي من اللؤلؤ”.
واكتشفت أوتر وزملاؤها أن نمو اللؤلؤة المتماثل عندما تضع طبقات من عرق اللؤلؤ يعتمد على الرخويات التي توازن بين قدرتين أساسيتين. إنه يصحح انحرافات النمو التي تظهر عندما تتشكل اللؤلؤة، مما يمنع تلك الاختلافات من الانتشار على طبقات اللؤلؤ العديدة. وإلا، فإن الجوهرة الناتجة ستكون غير متوازنة.
وبالإضافة إلى ذلك، تعدل الرخويات سمك طبقات عرق اللؤلؤ، بحيث إذا كانت طبقة واحدة سميكة بشكل خاص، فستكون الطبقات اللاحقة أرق استجابة لذلك (أخبار العلوم: 3/24/14). ويساعد هذا اللؤلؤة على الحفاظ على متوسط سمك مماثل على آلاف طبقاتها بحيث تبدو مستديرة وموحدة تماما. وبدون هذا التعديل المستمر، قد تشبه اللؤلؤة الصخور الرسوبية الطبقية، مما يؤدي إلى تضخيم العيوب الصغيرة التي تنتقص من شكلها الكروي.
ودرس الباحثون لآلئ الكيشي [١] التي تم جمعها من محار لؤلؤ أكويا (بينكتادا إمبريكاتا فوكاتا Pinctada imbricata fucata) في مزرعة لؤلؤ ساحلية شرق أستراليا. واستخدموا منشار سلك الماس لقطع اللؤلؤ إلى مقاطع عرضية، ثم صقل الأحجار الكريمة وفحصها باستخدام مطياف رامان (Raman spectroscopy)، وهي تقنية غير مدمرة سمحت لهم بتوصيف بنية اللؤلؤ. وللؤلؤة واحدة معروضة في الورقة البحثية، أحصوا 2615 طبقة، تم ترسيبها على مدى 548 يوما.

يوضح هذا المقطع العرضي من لؤلؤة كيشي أن الجوهرة المستديرة تنمو حول كتلة مشوهة من الحطام. المصدر: جايسيوك جيم
وكشف التحليل أن التقلبات في سمك طبقات اللآلئ من عرق اللؤلؤ تظهر ظاهرة تسمى ضجيج (1/f)، أو الضوضاء الوردية، حيث ترتبط في الواقع الأحداثُ التي تبدو عشوائية. وفي هذه الحالة، قد يبدو تشكيلُ طبقات عرق اللؤلؤ بسماكات مختلفة عشوائيا، ولكنه يعتمد في الواقع على سمك الطبقات السابقة.
نفس الظاهرة تعمل في النشاط الزلزالي: يبدو هدير الأرض عشوائيا، ولكنه يرتبط في الواقع بالنشاط الزلزالي الأخير السابق. ويقول المؤلف المشارك روبرت هوفدن، عالم المواد والمهندس في جامعة ميشيغان في آن أربور، إن الضوضاء الوردية تظهر أيضا في الموسيقى الكلاسيكية وحتى عند مراقبة ضربات القلب ونشاط الدماغ. ويضيف هوفدن إن هذه الظواهر “تنتمي إلى فئة كونية من السلوك والفيزياء”.
وهذه هي المرة الأولى التي يبلغ فيها الباحثون عن “أن عرق اللؤلؤ يعالج نفسه وعندما ينشأ عيب، فإنه يعالج نفسه في غضون بضع [طبقات]، دون استخدام سقالة خارجية أو قالب”، كما يقول بوبا جيلبرت، الفيزيائي الذي يدرس التعدين البيولوجي في جامعة ويسكونسن ماديسون ولم يشارك في الدراسة. ويتابع: “عرق اللؤلؤ مادة أكثر روعة مما كنا نقدره سابقا”.
وتلاحظ اوتر: “هذه المخلوقات المتواضعة تصنع مادة فائقة الضوء وصعبة للغاية بسهولة وأفضل بكثير مما نفعل مع جميع تقنياتنا”. عرق اللؤلؤ المصنوعة من الكالسيوم والكربونات والبروتين فقط، هي “أقسى بـ 3000 مرة من المواد المصنوعة منها”.
ويضيف هوفدن أن هذا الفهم الجديد للؤلؤ يمكن أن يلهم “الجيل القادم من المواد الفائقة”، مثل الألواح الشمسية، الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة أو المواد الصلبة والمقاومة للحرارة، المحسنة للاستخدام في المركبات الفضائية.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://www.sciencenews.org/article/...ers-nacre-math
اقتباسات
جي. جيم وآخرون، The mesoscale order of nacreous pearls. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 118, October 19, 2021. Doi: 10.1073/pnas.2107477118
الهوامش:
[١] كلمة كيشي تأتي من كيشينومي (keshinomi)، الكلمة اليابانية لبذور الخشخاش. هذه لآلئ فريدة جدا يمكن أن يكون من الصعب وصفها. إنها تأتي بأشكال وأحجام فريدة ولكنها ليست لآلئ باروكية. في بعض الأحيان تبدو مسطحة بعض الشيء، وأحيانا أخرى سمينة بعض الشيء ولا يمكن أن يكون لها نسيج سطحي متموج تقريبا. إنها لؤلؤ بنسبة 100٪ … كلها عروق لؤلؤ ولا نواة. نشأ اسم كيشي في اليابان لوصف اللؤلؤ الصغير الذي تشكله الأنسجة السائبة في محار أكويا على وجه التحديد. محار أكويا صغير، واللؤلؤ الذي ينتجونه يتراوح من 5 مم – 8 مم، وبالتالي كانت الكيشي أصغر، وأحيانا ضئيلة، تماما مثل بذور الخشخاش! في الوقت الحاضر، مصطلح كيشي له معنى أوسع. لا يزال المصطلح يصف اللؤلؤ الذي تنتجه قطع الأنسجة السائبة وتفتقر إلى نواة، ولكن الكيشي يمكن أن يكون مجموعة متنوعة من الأحجام ويأتي من أي رخويات، وليس فقط أكويا! المصدر: https://thepearlgirls.com/keshi-pear