O único fibrilar para platy nano

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2189 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Diversificação de arranjos de biocristais, incorporação de biopolímeros em muitos níveis de escala e arquiteturas hierárquicas são chaves para a otimização de biomateriais. O foraminífero planctônico rotalídeo Pulleniatina obliquiloculata exibe em sua concha um novo tipo de arquitetura mesocristalina. A formação da casca começa com a cristalização de uma rede rizopodial, a folha orgânica primária (POS). De um lado do POS, os cristais consistem em domínios em blocos de 1 μm. Do outro lado do POS, os cristais apresentam morfologias dendríticas-fractais, interdigitadas e atingem tamanhos de dezenas de micrômetros. Os cristais dendríticos-fractais são geminados. No local da nucleação, os cristais geminados consistem em fibrilas minúsculas. Com a distância do local de nucleação, as fibrilas evoluem para feixes de nanofibrilas cristalograficamente bem co-orientadas e para cristais geminados em forma de lâmina que costuram as superfícies externas da casca. O eixo morfológico das nanofibrilas é o eixo c cristalográfico, ambos são perpendiculares à abóbada da casca. A calcita nanofibrilar é geminada polissinteticamente de acordo com a lei dos gêmeos 60°/[100] (= m/{001}). Demonstramos a formação de cristais geminados, fractal-dendríticos, em alta supersaturação e crescimento através da competição de cristais. Mostramos também que o alinhamento do eixo c já é induzido por biopolímeros do POS e não é simplesmente uma consequência da competição de crescimento. Discutimos os determinantes que levam à formação de calcita rotalídica.

Os foraminíferos são organismos unicelulares que vivem em uma ampla variedade de ambientes marinhos1,2,3,4,5. A maioria dos foraminíferos protege seu citoplasma com uma concha mineralizada com carbonato de cálcio (por exemplo,6,7,8,9,10). As conchas de foraminíferos exibem uma grande variedade de morfologias de câmara e concha3,11,12,13,14. A diversidade na forma de concha, sua presença generalizada em quase todos os ambientes marinhos, seu registro fóssil bem documentado torna este grupo de protozoários um dos táxons mais adequados para avaliações de balanços carbonáticos globais e estudos evolutivos, estratigráficos, paleoecológicos e reconstruções paleoclimáticas3 ,9,12,15,16,17.

A organização cristalina da calcita foi investigada para a concha das espécies de rotalídeos bentônicos Amphistegina Lessonii (d'Orbigny 1826), Amphistegina lobifera (Larsen 1976) e Ammonia tepida (Cushman 1926)18. Foi demonstrado18 que os cristais são mesocristais e que A. Lessonii, A. lobifera e A. tepida formam sua casca de cristais com uma das duas morfologias: (1) blocos, poucos cristalitos do tamanho de micrômetros e (2) cristais maiores , dezenas de cristais fractais dendríticos do tamanho de micrômetros com uma estrutura nanofibrilar/nanoplástica interna. Esses dois tipos diferentes de nano e microestruturas são delimitados entre si por meio da folha orgânica primária (POS), a rede de biopolímeros onde ocorre a nucleação e a mineralização da casca.

Aqui nós investigamos a estrutura em escala nanométrica e a organização cristalográfica em escala submicrométrica de calcita de foraminíferos rotalídeos planctônicos. Escolhemos para nosso estudo a espécie planctônica Pulleniatina obliquiloculata, família Pulleniatinidae, ordem Rotaliida (Parker e Jones, 1865). P. obliquiloculata vive em ambientes de até 100 m de profundidade e é uma das espécies planctônicas mais abundantes dos oceanos tropicais19,20. As conchas de P. obliquiloculata são amplamente utilizadas para estudos que investigam o controle ambiental da calcificação de conchas e para avaliações da contribuição de foraminíferos planctônicos para o ciclo global do carbono terrestre19,20. Discutimos a nucleação cristalina e o crescimento da calcita de P. obliquiloculata e mostramos que dentro da rede de biopolímeros que modela a nucleação, ambas as principais morfologias cristalinas que compõem a casca se desenvolvem. Como a maior parte da casca é formada por cristais dendríticos-fractais, nós os detalhamos em particular e demonstramos que os últimos cristais nucleam em alta supersaturação e pH e crescem para cristais maiores por meio de um processo de crescimento competitivo. Este último processo contribui significativamente para a formação do padrão de textura (textura cilíndrica) do conjunto cristalino. Mostramos que os cristais dendríticos-fractais têm uma nano e microestrutura específica e única e demonstramos que esses cristais consistem em calcita geminada. Com base em nossas observações microestruturais-cristalográficas, discutimos os principais determinantes que iniciam, controlam e orientam a formação de calcita na concha de P. obliquiloculata.