De zachte koraalsoort Leptogorgia chilensis kan plots verharden als je het aanraakt. Onderzoekers weten nu hoe de soort dat doet.
Als je de zachte koraalsoort Leptogorgia chilensis aanraakt worden de soepele takjes plots stijf. Ingenieurs van de Universiteit van Pennsylvania hebben nu ontrafeld hoe dat werkt: het skelet bestaat uit miljoenen harde kalkdeeltjes die zweven in een gelachtige stof. Bij aanraking of andere prikkels pompt het weefsel water naar buiten waardoor de gel krimpt. Daardoor komen de deeltjes dichter tegen elkaar te liggen tot ze elkaar vastklemmen.
“Het is bijna als een verkeersopstopping,” zegt onderzoeksleider Ling Li, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en materiaalkunde. “Zodra het weefsel samentrekt komen de deeltjes zo dicht bij elkaar dat ze vastlopen. Het geheel wordt dan plotseling stijf.” Het onderzoek is te vinden in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Functie en vorm
De betrokken kalkdeeltjes, zogeheten sclerieten, zijn ongeveer een tiende millimeter. Ze zijn staafvormig met regelmatige vertakkingen, alsof er kleine uitsteeksels rond een stokje zitten. Hun vorm blijkt heel belangrijk te zijn. “Ze moeten kunnen vastklemmen wanneer het nodig is, maar ook weer gemakkelijk loslaten als de dreiging weg is,” zegt teamlid en promovendus Chenhao Hu. “De natuur heeft voor deze balans een bijzondere vorm bedacht: de vertakte staafjes zorgen voor wrijving en vergrendeling wanneer dat nodig is terwijl ze in ontspannen toestand weer vrij kunnen bewegen.”
Voor het onderzoek heeft het team geavanceerde microscopen gebruikt. Naderhand hebben ze de verkregen informatie gebruikt om computermodellen te bouwen om zo een 3D-beeld van het geheel te krijgen. Daarnaast voerden ze in het lab ook proeven uit op koraalmonsters. Ze ontdekten dat de koralen veel water verloren nadat ze werden aangeraakt. Tijdens dit proces werden de koralen plots snel hard. “We zagen een duidelijke overgang van zacht naar stijf,” vult Hu aan. “Dat is heel kenmerkend voor het achterliggende mechanisme waar het koraal gebruik van maakt.”
Nieuwe materialen
Het team is enthousiast: mogelijk kan de ontdekking leiden tot de productie van nieuwe materialen waarvan je de stijfheid aan kan passen. “Stel je een chirurgisch instrument of robotarm voor waarvan je de stijfheid op commando kunt aanpassen,” zegt Hu. “In het skelet van dit koraal heeft de natuur een materiaal ontworpen waarvan we de ontwerpideeën kunnen overnemen.”
De studie benadrukt: het gaat dus niet altijd om spectaculaire chemie. Soms zijn alledaagse bouwstoffen meer dan genoeg. “Ze zijn in wezen gemaakt van simpel krijt,” zegt Li. “Hetzelfde materiaal waar ook stoepkrijt van gemaakt is. Het koraal komt uiteindelijk aan z’n bijzondere eigenschappen doordat het een slimme vorm heeft gevonden.”
Het team wijst erop dat L. chilensis slechts één lid is van een grote familie zachte koralen. De familie kan vooral gevonden worden langs de kust van Californië, helemaal tot aan Chili. Andere ‘familieleden’ hebben mogelijk andere vormen die mogelijk tot andere eigenschappen leiden. “We hebben nu één soort uitvoerig bestudeerd,” zegt Li. “Maar er zijn veel meer zachte koralen die ook deeltjes hebben met bijzondere vormen, en misschien dus ook hun stijfheid aan kunnen passen. In dit koraal heeft de natuur ons in ieder geval een blauwdruk gegeven. We hoeven die alleen nog over te nemen en na te bouwen.”
