Kiselkarbonatkristaller – ett genombrott inom forskningen om biomineralisering

Det korrekta begreppet är egentligen kiselkarbonatkristaller (engelska: silica carbonate crystals), och de har beskrivits som ett verkligt genombrott inom forskningen om biomineralisering. Studier visar nämligen att metallkarbonater kan styras på ett sådant sätt att komplexa, organiska-liknande strukturer skapas – strukturer som tidigare ansågs kunna bildas endast av levande organismer.

Definition

Kiselkarbonatkristaller avser tillväxten av kristallina former från en blandning av barium- eller strontiumkarbonat och silika (kiseldioxid) i ett alkaliskt medium. Resultatet blir intrikat formade mikrostrukturer som påminner starkt om material som produceras biologiskt, exempelvis skal och skelettdelar.

Upptäckten

År 2008 upptäckte Juan Manuel García-Ruiz vid Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, tillsammans med sin forskargrupp i Spanien, hur man kan odla elaborerat böjda kristallina strukturer – strukturer som liknar dem som levande organismer bildar när de skapar skal och ben. Upptäckten fick stor betydelse eftersom den visade att så kallade abiota mikrostrukturer, identiska med biogena material, faktiskt kan syntetiseras helt oorganiskt. Detta har fått forskare att ompröva hur spår av tidigt liv på jorden, och möjligen på andra planeter, bör tolkas.

Processen

Tillväxten styrs av en elegant kemisk självreglerande cykel:

• När karbonatkristallen växer tar den upp karbonat från lösningen runt omkring sig, vilket gör att pH-värdet sjunker nära kristallen.
• Det lägre pH-värdet skapar en gynnsam miljö för silikan, som då bildar ett skyddande hölje runt den växande kristallen.
• Silikan höjer i sin tur pH-värdet, vilket åter igen främjar karbonatens kristallisering.

Denna cykel av oscillerande pH gör att varje nanokristall av karbonat kapslas in av silika, vilket ger upphov till de karakteristiska krökta formerna.

Faserna

Kristallernas tillväxt sker i tre tydligt åtskilda faser:

1. Bildandet av en initial nanokristallin komposit.
2. Utvecklingen av ett tvådimensionellt diskformat utskott.
3. Bildandet av kristallina spiraler, där strukturerna rullar ihop till komplexa kurvor.

Tack vare denna kontrollerbara process kan forskare idag studera hur livlösa kemiska system kan efterlikna biologiska former – kunskap som är värdefull både inom materialvetenskapen och inom sökandet efter livets ursprung.