HÁTTÉR


Fullerén-szerkezetek az élôvilágban

A címlapon látható, fõként Új-Zélandon honos Ileodictyon cibarium nevû gomba látványa az õslakos maorikat már évszázadok óta éppúgy lenyûgözte, mint vélhetõen most a Természet Világa olvasóit. Az õsi maorikat elsõsorban a szabadon ide-oda gurítható, látszólag a semmibõl keletkezõ, ráadásul erõs szagot árasztó gombák megjelenése izgatta, melyet jobb híján természetfeletti erõkkel magyaráztak. A modern olvasót gyaníthatóan inkább a termõképletek geometriája hökkenti meg, amely feltûnõen hasonlít a tudományos világot világszerte ámulatba ejtõ, kizárólag szénatomokból álló kalitkamolekulák, a fullerének szerkezetéhez.

A „lehetséges molekulák leggömbölyûbbikének”, majd „az év molekulájának” nevezett fullerének felfedezésérõl magyarul is sokat olvashattunk (1-4). Az 1996-ban kémiai Nobel-díjjal jutalmazott felfedezés az amerikai mérnök és filozófus, R. Buckminster Fuller nevének állít emléket, aki építészként megtervezte és az 1967-es montreali világkiállításon felépítette azt a kupolaszerkezetet, amely késõbb azonosnak bizonyult a fullerénmolekulák szerkezetével! A szenzációs felfedezéshez kapcsolódó kémiai tárgyú cikkekben és könyvekben, üde foltként a bonyolult vegyi képletek és spektrumok mellett, olykor felbukkan egy sugárállatka, az Aulonia hexagona rajza is (1. ábra), jelezve, hogy a Fuller-féle építészeti fogások, azaz a gömbszerû poliéder szerkezetek az élõvilágban is fellelhetõk. A sugárállatka szilíciumtartalmú vázának poliéder- szerkezetére D'Arcy Thompson egyébként már a század elején, még jóval Fuller építményei elõtt felhívta a figyelmet a biológiai formákról szóló klasszikus mûvében (5). Más élõlények geometriája és a fullerének szerkezete között azonban eddig nem sok hasonlóságot találtak. Éppen ezért a címlapon bemutatott új-zélandi gombafaj termõképlete különleges esetnek tûnt két angol kutató, Gooday és Zerning számára, és elhatározták, hogy alaposabban elemzik ezt a hasonlóságot (6).


1. ábra. Az Aulonia hexagona nevû sugárállatka szilíciumtartalmú váza.
Nevével ellentétben néhány ötszöget is tartalmaz, mivel kizárólag
hatszögekbõl zárt, gömbszerû felület nem alakulhat ki

A pöfetegekkel rokon Ileodictyon cibarium termõképlete valójában csak érett állapotban válik belül üres, 9-10 cm átmérõjû poliéderré, miután kiszabadul a burokból, és semmihez sem kötõdik már az aljzaton. Ezt megelõzõen a gomba termõteste zárt, tojásdad alakú, hasonlóan a közismert pöfetegek termõtestéhez. Ebben az állapotban a maorik szerint ehetõ is, akik vélhetõen nem jöttek rá a természetfeletti eredetûnek tartott, erõs szagot árasztó labdaszerû képzõdmények, és a szagtalan, ehetõ tojásdad gombák közötti összefüggésre. Az érett termõképletek geometriájának tanulmányozása érdekében elõször ezek egyfajta herbáriumi anyagként történõ tárolásáról kellett gondoskodni, mivel a természetbõl begyûjtött példányok összeszáradva nem õrzik meg eredeti formájukat. A szellemes megoldás során a kutatók egy-egy léggömböt helyeztek el a friss termõképletek belsejében, majd ezeket felfújták a megfelelõ méretre, és hagyták, hogy a termõképletek így száradjanak meg. Ezt követõen a léggömböket eltávolították, a gombák száraz „vázain” pedig egyszerû méréseket végeztek. A termõképletek oldalainak és csúcsainak számát meg egyéb mértani jellemzõit összehasonlították a megfelelõ „kis fullerének” (C28 és C50) adataival. Azt tapasztalták, hogy a gombák poliéder szerkezete távolról sem mutat olyan tökéletes szimmetriát, mint a kizárólag ötszögekbõl és hatszögekbõl álló fullerének vagy akár az Aulonia hexagona sugárállatka vázaAz oldalak nem azonos méretûek, és öt-, ill. hatszögek mellett négy- és hétszögek is elõfordulnak bennük. Ennek ellenére a termõképletek és a fullerének szerkezete nagyfokú hasonlóságot mutat (2. ábra).

2. ábra. A C28 fullerén szerkezete
és az Ileodyction cibarium nevû gomba termõtestének váza

A kutatók megpróbáltak rájönni arra, hogy a fullerén-szerkezetnek mi lehet a biológiai jelentõsége ezeknél a gombáknál. Úgy vélték, hogy ez az építkezési forma elsõsorban rendkívül anyagtakarékos jellege miatt lehet elõnyös számukra. A rácsos szerkezet kialakításához ugyanis minimális élõ anyag szükséges, miközben óriási felületet bzitosít a milliónyi spóra termelôdéséhez. Emellett ez a felépítés elõnyt jelenthet az érési folyamat végén, a burok felszakítása során, mivel a poliéder szerkezet a benne levõ gombafonalak turgornyomása következtében méretéhez képest igen nagy erõkifejtésre képes.

Amíg a fullerénmolekulák és kémiai származékaik kutatása azt sejtetik, hogy számos gyakorlati alkalmazási lehetôségük lesz a jövôben, a fullerénszerkezetet mutató eddig ismert két élõlény, a sugárállatka és az új-zélandi gombafaj egyelõre valószínûleg továbbra is csak illusztrációként szerepel majd a témával kapcsolatos írásokban. A Fuller-féle kupolának azonban ennél jelentõsebb hatása is volt már a biológiában, amelyet az elmúlt évek kémiai felfedezései háttérbe szorítottak. Amikor ugyanis Fuller tudomást szerzett az ún. ikozaéder szerkezetû vírusok (7) felépítésére vonatkozó kutatásokról, õ maga küldött el egy építészeti szakkönyvet a kutatóknak, akik a kupolák ábrái alapján rájöttek a vírusok szerkezetének egyik alapvetõ elvére. A Nobel-díj ebbõl a történetbõl sem hiányzik, mert az egyik kutató, Aaron Klug, 1982-ben többek között ezért a munkáért kapta meg a díjat. Fuller építészeti elgondolásait tehát két különleges élõlény szerkezeti felépítésén túl két Nobel-díjas felfedezés megszületésénél is tetten érhetjük, legalábbis eddig!

KISS LEVENTE


IRODALOM

1. Beck Mihály (1996): Változatok egy elemre. Természet Világa 127(11): 482-485.
2. Braun Tibor (1996): A káprázatos C60 molekula. Akadémiai Kiadó, Budapest.
3. Beck Mihály és Braun Tibor (1992): Forradalom a kémiában: a fullerének felfedezése. Magyar Tudomány 99(12): 1415-1429.
4. Curl, R. F. és Smalley, R. E. (1991): A fullerének. Tudomány 7(12): 16-25.
5. Thompson, D'A. W. (1917): On Growth and Form. Cambridge University Press, Cambridge.
6. Gooday, G. W. & Zerning, J. (1997): Ileodictyon cibarium: the basket fungus as a buckyball. Mycologist 11(4):184-186.
7. László, Pierre (1986): Molecular correlates of biological concepts. Elsevier Sci. Publ., Amsterdam.


Természet Világa, 129. évf. 5. sz. 1998. május, 202. o.
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/TermVil/


Vissza a tartalomjegyzékhez