Averiguan cómo obtienen las perlas su notable simetría

perla en una ostra

Un concepto llamado "ruido rosa" pone orden en los patrones aparentemente desordenados que se observan en la música clásica, la actividad sísmica, los mercados económicos e incluso las perlas

Las perlas se forman cuando una mota de arena, escombros o partículas de comida se aloja dentro de un molusco. El organismo detecta la partícula descarriada y comienza a cubrirla con capas de aragonito y conquiolina, los mismos minerales y proteínas que los moluscos utilizan para construir sus conchas.

Pero los científicos no entendían completamente cómo forman los moluscos las asombrosas y perfectamente esféricas perlas, hasta ahora.

Los investigadores han descubierto ahora que los moluscos utilizan un complejo proceso de estratificación que sigue las reglas matemáticas que se ven en todo el mundo. Las capas de aragonito y conquiolina se llaman nácar, y después de que se forma cada capa, los moluscos ajustarán cada hoja para mantener su simetría.

Si una capa de nácar de la perla es más delgada, la siguiente capa será más gruesa para equilibrar las irregularidades, creando con el tiempo una perla suave y uniforme que no está torcida. Luego se repite el proceso hasta obtener las miles de capas de nácar de la gema.

Para este estudio, los investigadores observaron perlas Keshi extraídas de ostras de perla de Akoya (Pinctada imbricata fucata) criadas en una granja de perlas costera de Australia. Estas perlas se forman naturalmente a diferencia de las perlas cultivadas, que se forman cuando se coloca un centro artificial dentro del molusco.

Usando una sierra de hilo de diamante, el equipo cortó cada perla en secciones, las pulió y las examinó con un microscopio electrónico. Una perla formó unas impresionantes 2.615 capas en el transcurso de 548 días.

capas de nácar

Imagen: La microscopía electrónica muestra cómo las capas de nácar de una perla se vuelven más precisas a medida que se forman hacia afuera desde el centro de la perla.

"Estas delgadas y suaves capas de nácar se parecen un poco a las sábanas, con materia orgánica en el medio", dice el autor del estudio, Robert Hovden, experto en ciencia de materiales e ingeniero de la Universidad de Michigan en Ann Arbor. "Existe una interacción entre cada capa, y tenemos la hipótesis de que esa interacción es lo que permite que el sistema corrija a medida que avanza".

Después de observar las perlas bajo el microscopio, el equipo descubrió que las interacciones entre cada capa y su grosor siguen un fenómeno conocido como ruido 1/f, o ruido rosa. En el ruido rosa, los eventos que parecen aleatorios están realmente conectados. En el caso de las perlas, la formación de cada hoja de mineral y proteína y su grosor puede parecer aleatorio, pero el grosor de cada capa anterior determina la forma de cada nueva capa.

Otro ejemplo de ruido rosa es la actividad sísmica. Las vibraciones y los retumbos en el suelo durante los terremotos son causados por ondas sísmicas anteriores. Otros ejemplos de "ruido rosa" se pueden encontrar incluso en la música clásica, los latidos del corazón, la electricidad, la física y los mercados económicos.

collar de perlas Akoya

"Cuando tiras los dados, por ejemplo, cada tirada es completamente independiente y está desconectada de las demás tiradas. Pero el ruido 1/f es diferente porque cada evento está vinculado", explica Hovden. "No podemos predecirlo, pero podemos ver una estructura en el caos. Y dentro de esa estructura hay mecanismos complejos que permiten que las miles de capas de nácar de una perla se fusionen hacia el orden y la precisión".

Si bien las perlas carecen de una simetría cuidadosamente planificada que mantenga los edificios de ladrillo en orden, las perlas mantendrán la simetría durante 20 capas a la vez, lo que es suficiente para acumular consistencia en sus miles de capas. En cierto modo, la perla se "autocura" cuando surgen defectos sin utilizar un andamio externo como plantilla, comenta Pupa Gilbert, física de la Universidad de Wisconsin-Madison que no participó en el estudio.

Aunque el nácar está hecho de calcio, proteínas y carbonato, la combinación de estos materiales es 3.000 veces más resistente que cada uno por sí solo. Los investigadores señalan que la durabilidad y la resistencia al calor del nácar podrían usarse en el futuro para supermateriales de próxima generación en paneles solares u otros productos que requieren material flexible y resistente al calor.

"Los moluscos pueden lograr resultados similares en la nanoescala utilizando una estrategia diferente. Así que tenemos mucho que aprender de ellos, y ese conocimiento podría ayudarnos a fabricar materiales más resistentes y ligeros en el futuro", dice Hovden.

Los detalles del estudio se publicaron el mes pasado en Proceedings of the National Academy of Sciences: The mesoscale order of nacreous pearls

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