Fotoonilised nanosfäärid aitavad karploomapoegadel end kiskjate eest peita

Teadlased on avastanud nanomaterjalil põhineva helkuri, mis katab teatud koorikloomade beebide silmapigmente. Pigmendid, mis on valmistatud väikestest isoksantopteriini kristallilistest sfääridest, võimaldavad loomadel muutuda täiesti läbipaistvaks ja peita end röövloomade eest. Struktuurid võivad inspireerida bioühilduvate kunstlike fotooniliste materjalide väljatöötamist.

Paljud ookeanis elavad olendid tunduvad läbipaistvad, et vältida saagiks sattumist, kuid nende silmad võivad need ära anda, kuna need sisaldavad läbipaistmatuid pigmente. Silmade paremaks maskeerimiseks on paljud koorikloomad välja töötanud reflektorid, mis katavad nende tumedaid silmapigmente, tekitades "silma sära", mis peegeldab valgust nende elukoha vee lainepikkustel, st nähtava valguse lainepikkustel (400–750 nm). ).

Nende uues töös, mida on üksikasjalikult kirjeldatud teadus, teadlased eesotsas Johannes Haataja Euroopa Cambridge'i Ülikool Ühendkuningriigis ja Benjamin Palmer Alates Ben Gurioni ülikool Iisraelis kasutas optilist ja krüogeenset skaneerivat elektronmikroskoopiat, et uurida mitut liiki krevetid, sealhulgas mageveeliike Machrobrachium rosenbergi.

Nad leidsid, et silmasära tekitavad väga peegeldavad rakud, mis on valmistatud fotoonklaasist, mis sisaldab kristallilisi isoksantopteriini nanosfääre koorikloomade silmade sisemuses. Silmade sära värvus varieerub sügavsinisest rohelise/kollaseni, olenevalt nanosfääride suurusest ja nende järjestamisest. See modulatsioon aitab olenditel "sulanduda" erinevate taustavärvidega, mis varieeruvad olenevalt kellaajast ja sügavusest, milles nad satuvad, selgitab Palmer.

Tore üllatus

Nagu teaduses mõnikord juhtub, tegid teadlased oma avastuse täiesti juhuslikult – kuna nad uurisid alguses, kuidas isoksantopteriini kristallid teatud krevetiliikides arenedes moodustuvad. Tõepoolest, varasemas töös leidsid nad, et täiskasvanud kümnejalgsed koorikloomad kasutasid nendest kristallidest valmistatud võrkkesta taga asuvat tagasihajutavat reflektorit (teipi), et suurendada püütava valguse hulka.

"Meil oli aga tore üllatus, et avastasime, et krevettide vastsed kasutavad ka kristalseid reflektoreid, ehkki täiskasvanutest väga erineval optilisel eesmärgil," selgitab Palmer. "Meie töö põhineb teise rühma varasemal uuringul, kes leidis selle mõju vastsed stomatopod vähid. Samuti leidsime, et silmasära nähtus esineb ka teistel erinevat värvi silmadega vastsete kümnejalgsete koorikloomade puhul.

Taustal nähtamatu

Selle peegelduvuse eest vastutava materjali avastamiseks kasutas töörühm krüogeenset skaneerivat elektronmikroskoopiat – tehnikat, mis võimaldab bioloogilist kude kujutada elulähedases olekus, ilma et tekiks märja bioloogilise koe dehüdratsioonist tulenevaid artefakte. Saadud piltidelt selgus, et helkur oli keradest. Lähemal uurimisel, kasutades transmissioonelektrontomograafiat ja elektronide difraktsiooni, leidsid teadlased, et sfäärid olid valmistatud isoksantopteriini kristallidest, täpselt nagu täiskasvanud koorikloomade silmades.

"Samas on vastsete puhul sfääride anatoomiline asend ja optiline funktsioon väga erinev," räägib Palmer. Füüsika maailm. "Reflektor asub silma neelavate pigmentide kohal ja peegeldab valgust silmatorkavatest silmapigmentidest eemale, et muuta loomad taustal nähtamatuks."

Kamuflaaži võtmeks on tema sõnul looma võime kontrollida kerade suurust, mis, nagu öeldud, määrab helkuri värvi. Kriitiline osa uuringust, lisab ta, oli Haataja tehtud arvutustöö ja Lukas Schertel. "Nende kolmemõõtmelised mudelid võimaldasid meil testida arvukate struktuuriparameetrite mõju reflektori optilistele omadustele, sealhulgas osakeste suurus, osakeste täitefraktsioon, raku suurus, osakeste kahekordne murdumine ja osakeste õõnesus, " selgitab Palmer.

Orgaaniline biomineralisatsioon

Teadlased väidavad, et nad tahaksid nüüd paremini mõista, kuidas erinevad organismid kasutavad kristalseid materjale valguse manipuleerimiseks erinevate funktsioonide jaoks. See valdkond, mida tuntakse orgaanilise biomineraliseerimisena, pälvib kogukonnas üha rohkem tähelepanu, selgitab Palmer. Siin on võtmeküsimuseks mõista, kuidas organismid kontrollivad nende materjalide kristalliseerumist, eesmärgiga töötada välja uusi viise kunstlike ekvivalentide sünteesimiseks reaalsetes rakendustes kasutamiseks.

Bakterite nanosfäärid võivad aidata pisikesi koorikloomi maskeerida

"Kuigi me oleme rohkem mures fundamentaalteaduse pärast, on väga võimalik, et sellest uuringust võib saada bioloogiliselt inspireeritud materjale," ütleb ta. "Isoksantopteriini nanosfääridel on uskumatult kõrge murdumisnäitaja (umbes 2.0 teatud kristallograafilistes suundades), mis muudab need valguse peegeldamisel äärmiselt tõhusaks. Ja asjaolu, et peegelduva valguse värvi saab sfääri suurust reguleerides häälestada, muudab need põhimõtteliselt väga mitmekülgsed optilised materjalid.

Praegu on palju huvilisi, lisab Palmer, tavaliste anorgaaniliste puistematerjalide (kasutatakse näiteks toidulisandites, värvides ja kosmeetikas) asendamise vastu orgaaniliste analoogidega. "Selles töös kirjeldatud materjal oleks suurepärane kandidaat, kuid kõigepealt peame õppima palju põhilisi asju."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/photonic-nanospheres-help-baby-shellfish-hide-from-predators/