BLIK OP BEGINNENDE KRISTALGROEI GOOIT THEORIE OVERHOOP

Nog altijd is het een mysterie hoe uit een oververzadigde oplossing, waarin de moleculen in volstrekte wanorde bewegen, de prachtigste, regelmatig gevormde kristallen ontstaan. Dat komt omdat het zeer lastig is om de eerste levensfase van een kristal vast te leggen. Twee onderzoekers van de universiteit van Alabama zeggen daar nu in te zijn geslaagd (Nature, 3 augustus). Hun waarnemingen zetten de gevestigde theorieën die de groei van kristallen beschrijven op losse schroeven. Datzelfde geldt voor het werk van een andere Amerikaanse groep, waaruit blijkt dat natuurlijke mineralen groeien door nanokristalletjes op te slokken. Ook dat was tot nu toe niet als een reële mogelijkheid beschouwd (Science, 4 augustus).

Wanneer zich een aantal moleculen bij toeval op een kluitje heeft verzameld, is de kans groot dat ze weer in oplossing terugkeren. Dat komt omdat deze prille kristalkernen een relatief groot oppervlak hebben ten opzichte van hun volume. Ze raken dus gemakkelijk moleculen kwijt, terwijl ze er nog maar weinig hebben. Maar zodra een kritische grootte is overschreden, is het kristalletje wél levensvatbaar en groeit het snel door. Al meer dan zeventig jaar wordt er druk gespeculeerd over de vorm en grootte van deze kritische kristalkern. Onderzoekers van de universiteit van Alabama bekeken met een naaldmicroscoop de kristalgroei van het eiwit apoferritine. Dit was gekozen omdat het zo groot is. Dat betekent niet alleen dat afzonderlijke moleculen gemakkelijk kunnen worden bekeken, maar ook dat ze vrij log zijn, zodat kristallen slechts langzaam worden gevormd. Met de microscoop konden clustertjes worden afgebeeld van twintig tot vijftig eiwitmoleculen die vanuit de oplossing op de bodem waren neergedwarreld. Tot verbazing van de onderzoekers bleken ze plat te zijn, en niet bolvormig zoals steeds was aangenomen. Dat zou betekenen dat het niet langer mogelijk is om op een simpele manier de groeisnelheid van een kristal te voorspellen.

Nanokristalletjes spelen ook een belangrijke rol bij de verdere groei van een kristal. Dat blijkt uit een studie van de structuur van ijzermineralen, zoals die werden aangetroffen in een ondergelopen mijn in Wisconsin. Beelden gemaakt met de elektronenmicroscoop wijzen uit dat de kristallen, zoals die door bepaalde bacteriën worden gevormd, niet ontstaan doordat de moleculen zich één voor één vastzetten. In plaats daarvan worden veel grotere kant en klare kristalletjes in één keer ingebouwd.