Estas diminutas estructuras cristalinas que imitan formas vivas se obtienen en el laboratorio con materiales no biológicos

Investigadores del CSIC han demostrado experimentalmente que su crecimiento químico se basa en la oscilación del pH

Las condiciones en las que se forman serían similares a las de las rocas que contienen los fósiles más antiguos

Parecen conchas, caparazones, cáscaras, huesos o dientes, pero en realidad son estructuras cristalinas no biológicas, minerales que se obtienen en el laboratorio, que crecen en condiciones similares a las de las rocas que contienen los fósiles más antiguos de la Tierra. Se trata de los biomorfos, materiales de sílice y carbonato que son capaces de ensamblarse por sí mismos para crear simetrías, formas y texturas que recuerdan a las de los organismos vivos. 

Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han logrado profundizar en los procesos químicos implicados en el crecimiento de estos nanocristales, “uno de los pocos casos de autoorganización química en materiales”. Los científicos, que publican hoy sus resultados en la revista Nature Communications, han demostrado experimentalmente por primera vez que la formación de estos biomorfos se autoalimenta por una oscilación del pH. No hay bordes ni ángulos, sino superficies suavemente curvadas. Suelen ser indistinguibles de los biomateriales formados en organismos vivos.

El proceso para obtenerlos consiste en la precipitación de bario o estroncio en entornos alcalinos ricos en sílice. “La coprecipitación químicamente acoplada del carbonato y el sílice produce una serie de estructuras laminares, las cuales sufren un rizado de sus bordes de crecimiento. Los rizos se propagan a lo largo del borde de las láminas como olas de surf”, explica Juan Manuel García Ruiz, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias de la Tierra (centro mixto del CSIC y la Universidad de Granada), que hace tres décadas descubrió y puso nombre a estas estructuras.

La morfología de estas estructuras, a pesar de ser inorgánicas, se asocia con las formas típicas de la vida. “Se habrían podido formar perfectamente en los primeros momentos de la historia de la Tierra, cuando la vida no había nacido o estaba empezando. También las condiciones en las que van creciendo estas estructuras son similares a las de las rocas que contienen las formas de vida más primitivas”, agrega el investigador del CSIC.

Materiales con autonomía

Según este cristalógrafo, los biomorfos presentan morfologías “completamente inusuales”, como espirales, cardioides o septos, “que están prohibidas por la simetría y ángulos de la estructura de los cristales”. Por tanto, no solo enseñan a comprender mejor la formación de conchas y biominerales, sino que, sobre todo, abren la puerta para la fabricación de materiales que imiten formas vivas y sean capaces de ensamblarse por sí mismos.

“Los biomorfos de sílice y carbonato plantean un fascinante problema sobre la convergencia morfológica entre el mundo mineral y el mundo biológico y sobre la posibilidad de crear en el laboratorio estructuras autoensambladas que imiten, por ejemplo, esqueletos”, agrega García Ruiz. La demostración experimental del crecimiento que describe este nuevo estudio ha sido posible gracias a una técnica microscópica puntera, que usa marcadores fluorescentes, con la colaboración de investigadores de la Universidad de Bolonia (Italia). “Era un reto formidable que se resistía a los laboratorios que lo estaban intentando”, concluye el científico del CSIC.

M. Montalti, G. Zhang, D. Genovese, J. Morales, M. Kellermeier y J.M. García-Ruiz. Local pH Oscillations Witness Autocatalytic Self-Organization of Biomorphic Nanostructures. Nature Communications. DOI: 10.1038/NCOMMS14427