U otkriću koje briše granicu između biologije i tehnologije, naučnici su otkrili da srcolike školjke koriste strukture nalik optičkim kablovima kako bi kanalisale sunčevu svetlost kroz svoje ljušture, na način sličan onome kako telekomunikacione kompanije koriste optičke kablove za isporuku interneta velikih brzina do domova.
Prvi poznati primer optičkih vlakana u živim bićima
Ova inovacija, prvi poznati primer optičkih vlakana u živim bićima, objašnjava kako srcolike školjke (Corculum cardissa) — morske školjke koje se nalaze u plitkim vodama Indijskog i Tihog okeana — koriste sunčevu svetlost za ishranu simbiotskih algi koje žive u njima, dok ih istovremeno štite od štetnih ultraljubičastih zraka.
Alge zauzvrat školjkama obezbeđuju šećere i druge esencijalne hranljive materije.
Ovo otkriće ističe evolutivnu adaptaciju koja podseća na ljudsku tehnološku genijalnost i nudi potencijalne uvide za razvoj biološki inspirisanih optičkih sistema u budućnosti, navode istraživači u radu objavljenom 19. novembra u časopisu Nature Communications.
Prozori u ljušturi: Inženjerska čuda prirode
Srcolike školjke su male, veličine oraha, poznate po svom karakterističnom obliku ljušture. Međutim, detaljnijim pregledom može se primetiti da su njihove ljušture prošarane „prozorima“ — sitnim, prozirnim strukturama koje propuštaju svetlost.
Ova jedinstvena arhitektura zasniva se na posebnim svojstvima aragonita, kristalne forme kalcijum-karbonata. Kristali aragonita su raspoređeni u cevi veličine mikrona, koje funkcionišu poput optičkih kablova, precizno usmeravajući svetlost, dok filtriraju štetne ultraljubičaste zrake koji bi mogli oštetiti simbiotske alge ili delikatna tkiva školjki.
Kako školjke koriste aragonit za selektivnu transmisiju svetlosti
Evolutivni biofizičar Dakota Mekoj sa Univerziteta u Čikagu i njen tim izveli su eksperimente pomoću mikroskopa, demonstrirajući da sunčana strana ljušture propušta više od dvostruko više svetlosti korisne za fotosintezu nego štetnih UV zraka koji mogu oštetiti DNK.
Prema Mekoj, ova sposobnost filtriranja svetlosti verovatno pomaže u smanjenju rizika od izbeljivanja — smrtonosnog fenomena koji pogađa i korale i školjke, a koji je dodatno pogoršan klimatskim promenama.
Simulacije na računaru pokazale su da raspored struktura nalik optičkim vlaknima predstavlja evolutivni kompromis, pažljivo usklađen kako bi se balansirala mehanička čvrstoća ljušture sa njenom sposobnošću da efikasno prenosi svetlost.
Minerali umesto ćelija: Inovacija srcolikih školjki
„Napokon je neko ovo detaljno ispitao,“ kaže Džingčun Li, evolucionista sa Univerziteta Kolorado u Bolderu, koji proučava simbiotski odnos između srcolikih školjki i njihovih algi.
Srcolike školjke nisu jedine koje usmeravaju sunčevu svetlost ka simbiotskim algama. Druge morske vrste, poput džinovskih školjki, koriste slične mehanizme. Međutim, dok masivne školjke sa izbočenim ljušturama koriste specijalizovane ćelije za privlačenje korisne svetlosti, srcolike školjke sa čvrsto zatvorenim ljušturama koriste jedinstvenu arhitekturu aragonita.
„Oni koriste minerale u svojim ljušturama za ovaj proces, a ne biološke strukture,“ objašnjava Sara Lemer, evolucionista iz Lajbnic instituta za analizu biodiverziteta u Hamburgu. „To je zaista fascinantno.“
Potencijal za tehnološku primenu
Mekoj i njen tim sada zamišljaju kako bi se svojstva aragonita ili njegove složene mrežaste strukture mogla koristiti za kreiranje novih materijala sa superiornim optičkim performansama — što bi potencijalno moglo revolucionisati bežične komunikacione tehnologije i napredne alate za merenje.
Jedna od karakteristika koje naučnici žele da repliciraju jeste sposobnost aragonita da kanališe svetlost bez reflektivnih premaza. Takvi premazi su neophodni za zadržavanje svetlosnih signala u telekomunikacionim kablovima, dok aragonit prirodno poseduje sopstvene osobine za zadržavanje svetlosti.
„Imitirajući strukture optičkih vlakana kod srcolikih školjki, mogli bismo razviti sisteme koji nude poboljšano sakupljanje svetlosti,“ kaže Bun Oi, istraživač fotonike sa Univerziteta kralja Abdula u Saudijskoj Arabiji.
„Milijarde godina dizajna su uložene u ovo,“ zaključuje Mekoj. Korišćenjem dizajna ljuštura srcolikih školjki, kaže, mogli bismo postići neprevaziđene mogućnosti prenosa svetlosti — na zadovoljstvo krajnjih korisnika tehnologije, koji bi, baš kao i školjke, bili „srećni kao školjke u pesku.“
