برای قرن‌ها، محققان در مورد اینکه صدف‌ها چگونه مرواریدهای متقارن و کاملاً گرد در اطراف دانه‌های نامنظم شن یا تکه‌های زباله های دریایی می پرورانند، متعجب بودند. اکنون تحقیقات تیمی یک گروه دانشمندان نشان داده است که صدف‌ها و سایر نرم تنان از فرآیند پیچیده ای برای رشد سنگ های قیمتی استفاده می کنند که از قوانین ریاضی در طبیعت پیروی می کند.
مروارید زمانی تشکیل می شود که یک ماده تحریک کننده در داخل یک نرم تن به دام می افتد و این موجود با ساختن لایه‌های صافی از مواد معدنی و پروتئین که ناکر نام دارد در اطراف آن شی خارجی از خود محافظت می کند. بر اساس تحلیلی که به تازگی منتشر شد، مشخص شد که هر لایه جدید از مواد پروتئینی که بر روی این مرکز نا متقارن ساخته می شود، دقیقاً با لایه های قبلی سازگار می شود و بی نظمی ها را صاف می کند تا جایی که یک مروارید گرد ایجاد می شود.
منظور از ناکر یک ماده فوق العاده زیبا، رنگین کمانی و براق است که داخل برخی از صدف ها یا روی لایه بیرونی مروارید دیده می شود.
دانشمندان در این تحقیق متوجه شدند که رشد متقارن مروارید در حالی که لایه هایی نامتقارن روی هم تشکیل می دهد، متکی بر تبعیات نرم تنان از قواعد ریاضی در طبیعت است که دو قابلیت اساسی را متعادل می کند. در واقع این لایه انحرافات رشدی را که به شکل مروارید ظاهر می شوند اصلاح می کند و از انتشار آن تغییرات در لایه های متعدد مروارید جلوگیری می کند. در غیر این صورت، مروارید به دست آمده کج خواهد بود و شکل نامتقارنی دارد.
وقتی پای ریاضی به زندگی نرم تنان باز می شود
نرم تنان ضخامت لایه‌های ناکری را به شکل جالبی تعدیل می‌کنند، به طوری که اگر یک لایه ضخیم باشد، لایه های بعدی برای تعدیل آن نازک تر خواهند بود . این مدل از تعدیل لایه ها به مروارید کمک می کند تا ضخامت متوسطی مشابهی را در هزاران لایه خود حفظ کند تا محصول نهایی تقریبا گرد و یکنواخت به نظر برسد. بدون این تنظیم دائمی لایه ها، یک مروارید ممکن است شبیه سنگ رسوبی لایه لایه به نظر برسد و عیوب کوچکی که در هر لایه به وجود می آید شکل کروی آن را تحت تأثیر قرار می دهد.
محققان به واسطه برش های عرض که با اره سیم الماس روی مروارید ایجاد کردند با استفاده از طیف سنجی رامان که یک تکنیک غیر مخرب است، توانستند ساختار مرواریدها را بررسی کنند. نکته جالب این است که آنها توانستند تعداد لایه های دقیق یک مروارید و مدت زمان تشکیل آن را محاسبه کنند. مرواریدی که در تصویر می بینید درای ۲۶۱۵ لایه است که طی ۵۴۸ روز رسوب کرده است.
تجزیه و تحلیل ها نشان داد که نوسانات در ضخامت لایه های مروارید پدیده ای به نام نویز ۱/f یا صدای صورتی را نشان می دهد که در این پدیده رویدادهایی که به نظر تصادفی به نظر می رسند در واقع به هم متصل هستند. در این حالت، تشکیل لایه های ناکری با ضخامت های مختلف ممکن است تصادفی به نظر برسد، اما در واقع به ضخامت لایه های قبلی بستگی دارد ( دقیقا به نظر می رسد که از یک فرمول ریاضی برای محاسبه اندازه لایه ها استفاده می شود) همین پدیده در فعالیت‌های لرزه ای نیز وجود دارد: رخ دادن زمین لرزه اگرچه تصادفی به نظر می رسد، اما در واقع به فعالیت های لرزه‌ای اخیر در محدوده منطقه ای که زلزله آمده است مرتبط می شود. رابرت هودن، دانشمند و مهندس مواد در دانشگاه میشیگان در آن آربور، می گوید که نویز صورتی در موسیقی کلاسیک و حتی هنگام نظارت بر ضربان قلب و فعالیت مغز نیز ظاهر می شود. هودن می گوید این پدیده ها به یک کلاس جهانی از رفتارهای مشابه و قوانین فیزیک تعلق دارند.
پوپا گیلبرت، فیزیکدانی که در حال مطالعه زیست کانی‌سازی است، می گوید: «این اولین باری است که محققان گزارش می‌دهند که «ناکر خود ترمیم می شود و وقتی نقصی ایجاد می شود، بدون استفاده از داربست یا الگوی خارجی، خود را در چند لایه تصحیح می کند.
صدف ها موجودات نرم تنی هستند که در حال ساخت یک ماده فوق العاده سبک و فوق العاده سخت هستند که بسیار راحت تر و بهتر از آنچه ما با تمام فناوری هایمان انجام می دهیم تشکیل می شود.” ناکر که فقط از کلسیم، کربنات و پروتئین ساخته شده است ۳۰۰۰ برابر سخت تر از موادی است که از آنها ساخته می شود.
این دانشمند اضافه می کند که این درک جدید از مروارید می تواند الهام بخش «نسل بعدی مواد فوق‌العاده سخت» باشد، که می توان از آنها در ساخت تکنولوژی هایی مانند پنل‌های خورشیدی با انرژی کارآمدتر یا مواد سخت و مقاوم در برابر حرارت که برای استفاده در فضاپیماها بهینه شده اند استفاده کرد.
