Une étude, dont les résultats intitulés «Crystallography of Complex Forms: The Case of Octocoral Sclerites» ont été publiés dans la revue Crystal Growth and Design, a permis de montrer, à partir de l’exemple des sclérites d’Octocoraux*, comment les biominéraux combinent, à travers leur structure mésocristalline, ordre et désordre pour réaliser des morphologies complexes adaptées à des fonctions.

Rappelons tout d'abord que «depuis 540 millions d’années, les biominéraux contribuent à l’adaptation des organismes à leurs environnements en remplissant des fonctions variées : support/transport (squelette), protection (coquille, carapace), camouflage, navigation magnétique, mastication, capteurs de gravité, vision (lentilles)». Du fait qu'une fonction implique une «morphologie adaptée (souvent adaptative)», l'un des objectifs de la biominéralogie «est de comprendre la façon dont les organismes fabriquent ces morphologies complexes».

Dans ce contexte, «les biominéraux montrent souvent une organisation cristalline hiérarchisée (les cristallites de taille inframicrométrique s’organisent en fibres cristallines, les fibres en domaines cristallins, les domaines en secteurs etc.)», mais jusqu'ici on savait «peu de choses sur la façon dont cette hiérarchisation se construit». En vue d'en apprendre plus, l'étude ici présentée a analysé «des sclérites d’Octocoraux (Sinularia polydactyla), principalement à l’aide de microscopie électronique à balayage et de diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD)». Indiquons ici que comme «les sclérites d’Octocoraux (allant de quelques microns à 2-3 mm de long) sont des structures biominérales faites de calcite magnésienne», leur taille et leur structure «sont idéales pour étudier les premiers stades de la hiérarchisation cristalline».

Il a ainsi été démontré, «à partir de l’exemple des sclérites de Sinularia», que «les règles strictes qui gouvernent la morphologie des cristaux (ici la calcite) ne s’appliquent pas aux assemblages de cristallites (≤ 100 nm)». Plus précisément, «les biominéraux tirent avantage de défauts cristallins (joints de grains, désorientation ordonnées, mésomaclage) pour réaliser des structures hiérarchisées», de sorte qu'un désordre local serait «nécessaire pour arriver à des structures complexes hiérarchisées que l’on qualifie de mesocristallines».

Cette étude des sclérites de Sinularia met également en évidence que «des superstructures cristallines ayant une forme de pyramides trigonales inversées (ou tripodes), forme transposée de la symétrie rhomboédrique de la calcite, permettent à la fois la formation de fronts de croissance aux contours complexes à l’interface organique/inorganique, et une orientation préférentielle des cristallites au front de croissance». Ainsi, ces superstructures particulières «joueraient un rôle dans la transition depuis des structures simples impliquant un ou deux tripodes, vers des structures plus complexes avec des tripodes cristallins disposés dans des configurations spatiales de plus en plus complexes».

Alors que «les superstructures cristallines obtenues non pas à partir d’atomes mais à partir de structures de plus grande taille (protéines pour aboutir à des cristaux de protéines, particules colloïdales formant des cristaux colloidaux, nanocristaux pour l’obtention de supracristaux) sont l'objet de recherches en plein développement, «dans des disciplines aussi différentes que la chimie, la physique, ou la biologie», il semble que «les biominéraux pourraient avoir été les pionniers dans l’élaboration de superstructures cristallines hiérarchisées» et qu'ils pourraient aider à «mieux comprendre la formation d’autres superstructures cristallines».

Au bout du compte, cette étude suggère qu'à l’interface organique/inorganique, «la morphologie de surface des sclérites résulterait de la régulation de la croissance mésocristalline et d’un confinement par les cellules ou vacuoles des tissus enveloppants»: ainsi, «la morphologie des sclérites de Sinularia et d’autres biominéraux serait le produit de forces internes et externes» parmi lesquelles «l'embranchement cristallographique fractal (force interne) et le confinement par les tissus organiques (force externe) joueraient des rôles importants».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

* Octocorallia