У открићу које брише границу између биологије и технологије, научници су открили да срцолике шкољке користе структуре налик оптичким кабловима како би каналисале сунчеву светлост кроз своје љуштуре, на начин сличан ономе како телекомуникационе компаније користе оптичке каблове за испоруку интернета великих брзина до домова.
Први познати пример оптичких влакана у живим бићима
Ова иновација, први познати пример оптичких влакана у живим бићима, објашњава како срцолике шкољке (Corculum cardissa) — морске шкољке које се налазе у плитким водама Индијског и Тихог океана — користе сунчеву светлост за исхрану симбиотских алги које живе у њима, док их истовремено штите од штетних ултраљубичастих зрака.
Алге заузврат шкољкама обезбеђују шећере и друге есенцијалне хранљиве материје.
Ово откриће истиче еволутивну адаптацију која подсећа на људску технолошку генијалност и нуди потенцијалне увиде за развој биолошки инспирисаних оптичких система у будућности, наводе истраживачи у раду објављеном 19. новембра у часопису Nature Communications.
Прозори у љуштури: Инжењерска чуда природе
Срцолике шкољке су мале, величине ораха, познате по свом карактеристичном облику љуштуре. Међутим, детаљнијим прегледом може се приметити да су њихове љуштуре прошаране „прозорима“ — ситним, прозирним структурама које пропуштају светлост.
Ова јединствена архитектура заснива се на посебним својствима арагонита, кристалне форме калцијум-карбоната. Кристали арагонита су распоређени у цеви величине микрона, које функционишу попут оптичких каблова, прецизно усмеравајући светлост, док филтрирају штетне ултраљубичасте зраке који би могли оштетити симбиотске алге или деликатна ткива шкољки.
Како шкољке користе арагонит за селективну трансмисију светлости
Еволутивни биофизичар Дакота Мекој са Универзитета у Чикагу и њен тим извели су експерименте помоћу микроскопа, демонстрирајући да сунчана страна љуштуре пропушта више од двоструко више светлости корисне за фотосинтезу него штетних УВ зрака који могу оштетити ДНК.
Према Мекој, ова способност филтрирања светлости вероватно помаже у смањењу ризика од избељивања — смртоносног феномена који погађа и корале и шкољке, а који је додатно погоршан климатским променама.
Симулације на рачунару показале су да распоред структура налик оптичким влакнима представља еволутивни компромис, пажљиво усклађен како би се балансирала механичка чврстоћа љуштуре са њеном способношћу да ефикасно преноси светлост.
Минерали уместо ћелија: Иновација срцоликих шкољки
„Напокон је неко ово детаљно испитао,“ каже Џингчун Ли, еволуциониста са Универзитета Колорадо у Болдеру, који проучава симбиотски однос између срцоликих шкољки и њихових алги.
Срцолике шкољке нису једине које усмеравају сунчеву светлост ка симбиотским алгама. Друге морске врсте, попут џиновских шкољки, користе сличне механизме. Међутим, док масивне шкољке са избоченим љуштурама користе специјализоване ћелије за привлачење корисне светлости, срцолике шкољке са чврсто затвореним љуштурама користе јединствену архитектуру арагонита.
„Они користе минерале у својим љуштурама за овај процес, а не биолошке структуре,“ објашњава Сара Лемер, еволуциониста из Лајбниц института за анализу биодиверзитета у Хамбургу. „То је заиста фасцинантно.“
Потенцијал за технолошку примену
Мекој и њен тим сада замишљају како би се својства арагонита или његове сложене мрежасте структуре могла користити за креирање нових материјала са супериорним оптичким перформансама — што би потенцијално могло револуционисати бежичне комуникационе технологије и напредне алате за мерење.
Једна од карактеристика које научници желе да реплицирају јесте способност арагонита да каналише светлост без рефлективних премаза. Такви премази су неопходни за задржавање светлосних сигнала у телекомуникационим кабловима, док арагонит природно поседује сопствене особине за задржавање светлости.
„Имитирајући структуре оптичких влакана код срцоликих шкољки, могли бисмо развити системе који нуде побољшано сакупљање светлости,“ каже Бун Ои, истраживач фотонике са Универзитета краља Абдула у Саудијској Арабији.
„Милијарде година дизајна су уложене у ово,“ закључује Мекој. Коришћењем дизајна љуштура срцоликих шкољки, каже, могли бисмо постићи непревазиђене могућности преноса светлости — на задовољство крајњих корисника технологије, који би, баш као и шкољке, били „срећни као шкољке у песку.“
