Att använda matematik och mekanik för att förklara hur skaldjur passar ihop så bra

Perfekt sammankoppling av de två ventilerna i brachiopodfossilen Kutchirhynchia obsoleta. Kredit:Régis Chirat

Använda matematik och mekanik, en trio forskare, två från University of Oxford, den andra universitetet i Lyon, har lärt sig mer om hur musslor passar ihop så bra. I deras tidning publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , Derek Moulton, Alain Goriely och Régis Chirat beskriver sitt tillvägagångssätt för att förstå den sammankopplande mekanismen hos skaldjursskal.

Många människor som har hanterat en tvåskalig varelse, som en mussla eller ostron, har förundrats över hur sömlöst de övre och nedre skalen passar ihop. Forskarna med denna nya ansträngning noterade att sådana tättslutande skal utvecklades i två phyla från en gemensam förfader. De noterade också att även oegentligheter, vare sig det är naturligt eller från en skada, förhindrar i allmänhet inte skal från att stängas snyggt – och det fungerar lika bra i musslor med antingen platta eller vågiga kanter. Forskarna noterade också att den nästan perfekta anpassningen av kantfunktioner sker trots att de två kanterna bildas från två distinkta mantellober.

För att förklara hur en sådan nästan perfekt anpassning uppstår i musslorna, forskarna skapade en matematisk modell av skaltillväxtprocessen. De började med att notera att kanterna på musslans skal växer under varelsens liv - de noterade också att det finns skillnader i utsöndringssätt och allmän anatomi mellan musslor och brachiopoder (den andra filan med matchade skalhalvor). Men de noterade också att med båda grupperna, skalen utsöndras stegvis av en mantel – ett tunt membranliknande organ. De noterade vidare att manteln utsöndrar ett mjukt lager som fungerar som en matris för bildandet av kalciumkarbonatskalet.

De tog sedan hänsyn till skalhalvornas geometri och den inblandade mekaniken när de möts, och de inblandade begränsningarna. De använde sådana faktorer för att utveckla en modell som visade hur så jämnt matchade skal kunde uppstå. Anledningen till att kanterna hos vissa arter är vågiga är att manteln växer i snabbare takt än skalkanten, vilket resulterar i buckling. Det sammankopplade mönstret som framträder, de hittade, begränsas av krafterna från skalen när de är stängda.