Primitieve, breinloze spons is hightech-industrie te slim af


Foto: Gianluigi Bertin

Voor wiskunde of hogere bouwkunde zijn geen hersenen nodig. Sponsdieren zijn primitieve organismen zonder organen en hebben dus ook geen brein. Deze waterdieren zijn niets meer dan een klomp cellen in de vorm van een buis, die aan een kant in de bodem is verankerd. Toch zijn het briljante ingenieurs die met mathematische precisie hightech bouwwerken construeren.

Om hun buisvormige lichamen te verstevigen hebben sponsdieren een ‘skelet’ bestaande uit zogenoemde skeletnaalden. Een indrukwekkend voorbeeld hiervan is het venusmandje, een glasspons die zijn skelet opbouwt uit silica, oftewel glas.

Het venusmandje haalt kiezelzuur uit het omringende zeewater en transformeert dat naar nanobolletjes silica, waarmee het sponsdier een uiterst dunne skeletnaald bouwt. Een aantal skeletnaalden wordt gebundeld tot een dikkere en sterkere vezel. Deze vezels vormen horizontale en verticale ‘stangen’ in een vierkant traliewerk, dat het skelet van het buisvormige lichaam vormt. Een deel van de vierkantjes krijgt ook een diagonale stang voor voldoende stevigheid. Om te voorkomen dat het skelet uitzakt, loopt een band van glas als een spiraal rondom de buis.

Het venusmandje bestaat voor het overgrote deel uit glas dat aaneen wordt ‘gelijmd’ met een cement gemaakt van eiwit en nog meer silica. Hoewel glas een erg broos materiaal is, zorgt de constructie van het traliewerk voor een sterk en taai bouwwerk dat doet denken aan een miniwolkenkrabber. Dat leverde inspiratie voor een echte wolkenkrabber in Londen, bekend als The Gherkin (de augurk), waarin diverse constructie-elementen van de glasspons zijn verwerkt.

Daar houdt de inspiratie nog niet op, want ook de glasvezel-industrie kan nog wat leren. Glasvezels worden gebruikt in communicatienetwerken om informatie via licht te versturen. Glazen skeletnaalden hebben verbluffend veel overeenkomsten met glasvezels. Beide bestaan uit glas, hebben een vergelijkbare diameter ter grootte van een haar en bezitten dezelfde opbouw van een kern met een omhullende mantel.

Glasvezels worden echter geproduceerd onder hoge temperaturen, terwijl de glasspons in de koude diepzee leeft. Niet alleen is het proces van het venusmandje veel energiezuiniger, ook kan het sponsdier kleine hoeveelheden natrium inbouwen, wat het glas betere optische eigenschappen geeft. Dit lukt alleen bij lage temperaturen en is daarom onmogelijk in ons proces. Ook hebben skeletnaalden een iets andere opbouw dan glasvezels, waardoor ze veel taaier en buigzamer zijn en dus minder snel breken dan glasvezels.

Glassponzen leven samen met lichtgevende bacteriën (bioluminescentie). De ‘glasvezels’ van het venusmandje lichten daardoor op in de donkere diepzee. Mogelijk trekt dat prooien aan voor het paartje garnalen dat in het venusmandje woont en de boel schoon houdt. Als larven betrekt het paar de woning. Volwassen garnalen passen niet meer tussen het traliewerk en dus leeft het paar hun leven lang veilig beschermd samen in het glazen bouwwerk. Daarom is het venusmandje vernoemd naar de Romeinse godin van de liefde.

Ook de micro-elektronica heeft belangstelling voor het venusmandje. In deze industrie is silicium een onmisbaar ingrediënt. Dat wordt met giftige chemicaliën en hoge temperaturen bewerkt tot een dunne schijf, waaruit componenten voor micro-elektronica worden gesneden: een dure en weinig milieuvriendelijke methode.

Silica bestaat ook uit silicium, maar de glasspons heeft geen giftige stoffen of hoge temperaturen nodig. In plaats daarvan bouwt het venusmandje zijn complexe silicium-constructie vanaf nanoschaal op tot macroscopische proporties. Dat zouden de makers van micro-elektronica ook graag willen. Maar als hoogontwikkeld zoogdieren kunnen we technisch gezien voorlopig nog niet in de schaduw staan van de primitieve, breinloze, maar geniale spons.

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 14 maart 2017


Foto: W. Bagshaw

Ylva Poelman alias De Bionische Vrouw
E: info@bionicacentrum.nl
T: 06 - 22 79 71 84