Fejlődésük korai szakaszában, mielőtt jellegzetes nyúlványokat növesztenének, a tengericsillag-embriók egy-egy apró gyöngyre emlékeztetnek, amely pörögve úszik a vízben. Az MIT kutatói nemrégiben megfigyelték, hogy amikor több ilyen embrió kerül egymás közelébe, azok a víz felszínére úsznak, és spontán struktúrákat képeznek, amelyek meglepően szabályos, kristályszerű szerkezetűek.

Ami még izgalmasabb, ez a kollektív élő kristály nagyon különleges elaszticitással rendelkezik, amiből adódóan méretes hullámok tudnak végigvonulni a teljes szerkezeten. Ezek a hullámzó kristályok a vizsgálatok szerint tartósan is fennmaradhatnak, és általában csak akkor bomlanak fel, amikor az embriók a fejlődés következő szakaszába lépnek.

A szakértők szerint az egész jelenség lenyűgöző. „Olyan, mint egy madárraj, amelynek tagjai együtt védettebbek a ragadozóktól vagy simábban repülnek, mert a megfelelő struktúrába állnak össze. Valószínűleg a kristályszerkezetnek is megvannak a maga előnyei, csak még nem tudjuk, hogy mik azok” – mondja Nikta Fakhri, a kutatás résztvevője.

Fakhri kutatócsoportja a tengericsillag-embriók fejlődését tanulmányozza, különös tekintettel az embrionális őssejtek osztódására a korai időszakban. A tengericsillagokat nagyon régóta használják modellszervezetként a fejlődésbiológiában, mivel nagy sejtekkel rendelkeznek, és optikailag áttetszők, így könnyen vizsgálhatók.

A kutatók akkor figyeltek fel a kristályszerkezet-képzésre, amikor az embriók úszását tanulmányozták. A megtermékenyített ivarsejt nőni és osztódni kezd, majd apró burkot képez, amelyen pici szőrök nőnek. Ezek hajtják az embriót a vízben, és egy bizonyos ponton elkezdenek együttműködni, egy bizonyos irányba forgatva az embriót. A kutatók ennek kapcsán vették észre, hogy a vízfelszín felé úszó embriók egymás felé kezdenek forogni és gördülni.

A kisebb csoportok kollektív viselkedésbe kezdenek, és a kutatók ez alapján váltak kíváncsivá, hogy mi történik, ha nagyobb tömegben találkoznak az embriók. Ezért megtermékenyítettek több ezer ivarsejtet, majd ezeket sekély tartályokba helyezték. Így figyelték meg a formálódó kristályokat, amelyek egészen nagyra is megnőhetnek. Ebben minden embriót hat másik vesz körül hexagonális formát alkotva, amely a teljes struktúrában ismétlődik, hasonlóan például a grafén kristályszerkezetéhez.

Az embriók rendeződésének jobb megértése érdekében a szakértők először egy-egy embrió kapcsán vizsgálták, hogyan áramlik körülötte a víz. Ehhez az embriót vízbe helyezték, amit kisebb gyöngyökkel szórtak tele, ezekkel térképezve fel az áramlatokat. Ennek során úgy találták, hogy az embrión levő szőrök úgy mozognak, hogy egy kitüntetett irányba forgatják az embriót, és emiatt mindkét oldalon kis örvényeket keltenek.

A kutatók ezt a viselkedést több embrió esetén is modellezték, és nagyon úgy tűnik, hogy kristályos szerkezet a hidrodinamikai interakciók és a kiralitás (vagyis a forgás iránya) eredménye. A szakértők a tényleges struktúrák tanulmányozása kapcsán azt is megfigyelték, hogy ezek napokig fennmaradtak, és ha összeálltak, spontán hullámok továbbítódtak a szerkezetben.

Ezek az oszcillációk nagyon rejtélyesek, hiszen a víz nagyon hatékonyan csillapítja őket. A szerkezet azonban különleges elaszticitással rendelkezik, így hosszan fenntartja ezeket a mozgásokat. Ezek valószínűleg az egyes embriók közötti interakciókból adódnak, amelyek úgy forognak egymás mellett, mint az egymásba kapcsolódó forgaskerekek.

A szakértők most azt vizsgálják, hogy vajon más állatok, például a tengerisünök körében is megfigyelhető-e hasonló viselkedés. Valamint azt is tanulmányozzák, hogyan lehetne az önszerveződő kristályokat mesterséges rendszerekben is megvalósítani.