La crescita di una perlail carpentiere e il muratore
La perla è una delle rare gemme di origine biologica. La sua crescita risulta da un processo minuzioso : il mollusco deposita, strato dopo strato, cristalli minerali legati da una matrice organica, la conchiolina. Questo dialogo fra la chimica e il vivente dà vita a uno dei materiali più ammirati al mondo.
L'architettura segreta della perla
Due studiosi francesi, il professor Raphaël Dubois e il professor Jean-Pierre Gauthier, hanno dedicato i loro lavori a chiarire questi meccanismi. Le loro scoperte rivelano un'architettura di una sofisticazione notevole, alla frontiera fra biologia, mineralogia e fisica dei materiali.
Il primo studio importante sulla crescita delle perle si deve a Raphaël Dubois, che si dedicò a numerose osservazioni al microscopio ottico. Grazie a coloranti che permettono di caratterizzare le parti organiche, condusse studi istologici approfonditi dei sacchi perliferi in cui si formano le perle naturali.
Dimostra così l'importanza capitale del deposito organico di conchiolina, ed è il primo a formulare l'ipotesi che questo deposito guidi la struttura dell'architettura minerale. Un'intuizione fondatrice che ha aperto la strada a un secolo di ricerche sulla biomineralizzazione dei molluschi.
La costruzione del madreperla, come della perla, esige due operai di mestieri diversi : un carpentiere e un muratore.Professor Raphaël Dubois — Istologia dei sacchi perliferi
La conchiolina, l'architetto invisibile
La metafora riassume l'essenziale : la conchiolina è il carpentiere che erige la struttura portante, mentre i cristalli di carbonato di calcio sono il muratore che riempie e consolida l'edificio. Senza l'uno, l'altro non può lavorare.
Questa proteina fibrosa determina la forma dell'opera finale e sostiene la muratura fatta di cristalli di carbonato di calcio. Appartiene alla famiglia delle scleroproteine, vicine alla seta in termini di struttura molecolare : è una glicoproteina ricca di amminoacidi idrofobi, la cui struttura a foglietti β le conferisce una resistenza meccanica paragonabile a quella della seta di ragno su scala nanometrica.
Questa materia organica lega anche fortemente le molecole d'acqua per formare quell'insieme coerente che è la perla. Bisogna infatti scaldare una perla a 120 °C per un'ora perché l'acqua accetti di separarsi da questa struttura complessa.
Solo le perle eterogenee permettono all'acqua di evaporare più facilmente. Sono quelle che si deterioreranno più in fretta.Prof. Raphaël Dubois — Proprietà meccaniche
Solidità ed elasticità di una perla
Lo strato di conchiolina ha un'importanza considerevole nella solidità di una perla. Le conferisce infatti una sorta di elasticità che ammortizza gli urti, una proprietà che i materiali puramente minerali non possono offrire. Il madreperla è così un materiale composito naturale la cui tenacità supera di gran lunga quella di un semplice cristallo di carbonato di calcio.
Dubois riferisce un aneddoto illuminante, a proposito di un incidente avvenuto al castello di Racconigi dove il re d'Italia doveva riceverlo durante un ricevimento.
« La Regina mi chiamava in un salotto vicino : aveva messo, mi disse, per quella cena e in mio onore, la magnifica collana di perle che portava e, per permettermi di ammirarne più da vicino le meravigliose qualità, volle staccarla. In quel momento il filo che tratteneva le perle si ruppe e quarantasei grosse perle caddero al suolo, dove eseguirono per un istante una danza folle : la danza delle Perle ! Rimbalzavano, ricadevano con un piccolo rumore gioioso per risaltare ancora ; altre fuggivano da tutte le parti, come bambini felici di sentirsi liberi. »
Questa elasticità così ben descritta è dovuta alla conchiolina. La perla rimbalza là dove un minerale ordinario si spezzerebbe.
Perché una perla coltivata marina è più fragile
Le perle marine coltivate sono più fragili delle perle naturali, a causa della linea di rottura formata dal nucleo che ne occupa il cuore. Questo nucleo, generalmente in madreperla di mitilo d'acqua dolce, crea un'interfaccia fra due materiali di natura diversa : un punto potenziale di debolezza meccanica.
È per questo che una manutenzione regolare e una manipolazione delicata sono indispensabili. Vedi la manutenzione delle perle e la composizione delle perle.
Gli strati madreperlacei
Il centro iniziatore
Zona opaca di materia organica pura, che Gauthier designa come « centro iniziatore ». È il punto di partenza di tutta l'architettura concentrica della perla madreperlacea, e condiziona la sua organizzazione spaziale.
Gli strati concentrici
Depositi successivi di cristalli tabulari di aragonite, separati da foglietti di conchiolina. Ogni strato è un'annata della vita del mollusco.
La superficie madreperlacea
L'ultimo strato depositato forma la superficie visibile : il suo spessore e la sua regolarità determinano l'oriente e la lucentezza della perla.
Curve di livello
Le perle madreperlacee si sviluppano in strati che formano gradini e che evocano le curve di livello dei geografi. Il microscopio elettronico rivela questi strati, le piastrine che li compongono e il cemento di conchiolina.
Calcite e aragonite : il polimorfismo del carbonato di calcio
| Calcite | Aragonite | |
|---|---|---|
| Sistema cristallino | Trigonale | Ortorombico |
| Organizzazione | Cristalli fibrosi raggianti dal centro | Cristalli tabulari in depositi concentrici |
| Modo di crescita | Per allungamento dei cristalli fibrosi | Per depositi successivi di strati |
| Colore caratteristico | Da arancione a rosso mattone | Tendente al bianco, madreperlaceo |
| Stabilità | Forma stabile | Metastabile, ma stabilizzata dalle proteine della conchiolina |
| Frequenza | Rara nelle perle commerciali | La forma più comune delle perle madreperlacee |
Una stessa perla può essere interamente di calcite, interamente di aragonite madreperlacea, oppure presentare le due fasi associate. Tutto dipende dalla posizione della perla in formazione nel mantello dell'animale, che può sintetizzare entrambe le forme secondo le condizioni locali.
La Pinna nobilis della Mediterraneo
In una delle sue pubblicazioni (Australian Gemmologist, vol. 19, n° 10, 1997) il professor Gauthier descrive in dettaglio le perle di Pinna nobilis, magnifico bivalve del Mediterraneo.
La grande nacchera del Mediterraneo, oggi specie protetta, produce perle di estrema rarità il cui studio ha permesso di comprendere meglio i meccanismi generali di biomineralizzazione nei bivalvi. Queste perle sono un caso di scuola per l'associazione calcite-aragonite.
Domande sulla crescita delle perle
Che cos'è la conchiolina ?
Una proteina fibrosa della famiglia delle scleroproteine, vicina alla seta per struttura molecolare. È l'armatura organica della perla : determina la forma dell'opera finale e sostiene i cristalli di carbonato di calcio.
Perché una perla rimbalza invece di rompersi ?
Per via della conchiolina, che conferisce al madreperla un'elasticità che ammortizza gli urti. Il madreperla è un materiale composito naturale la cui tenacità supera di gran lunga quella di un semplice cristallo di carbonato di calcio.
Perché una perla coltivata è più fragile di una naturale ?
Per la linea di rottura formata dal nucleo che ne occupa il cuore. L'interfaccia fra il nucleo — in madreperla di mitilo d'acqua dolce — e gli strati depositati dal mollusco è un punto di debolezza meccanica che una perla naturale non ha.
Che cos'è il « centro iniziatore » ?
La zona opaca di materia organica attorno alla quale si depositano gli strati concentrici di madreperla. Descritto da Jean-Pierre Gauthier, è il punto di partenza di tutta l'architettura della perla.
Perché certe perle sono arancioni ?
Perché sono di calcite invece che di aragonite. La calcite cresce per allungamento di cristalli fibrosi raggianti dal centro, e le inclusioni organiche intrappolate durante la crescita le danno una tinta dall'arancione al rosso mattone.