A fotonikus nanogömbök segítenek a kagylóbébiknek elrejtőzni a ragadozók elől

A kutatók nanoanyag alapú reflektort fedeztek fel, amely bizonyos rákbébi rákfélék szempigmentjeit fedi. A pigmentek, amelyek apró kristályos izoxanthopterin gömbökből állnak, lehetővé teszik az állatok számára, hogy teljesen átlátszóvá váljanak, és így elbújjanak a ragadozók elől. A szerkezetek inspirálhatják a biokompatibilis mesterséges fotonikus anyagok kifejlesztését.

Sok óceánban élő lény áttetszőnek tűnik, nehogy prédává váljon, de a szemük kiadhatja őket, mert átlátszatlan pigmenteket tartalmaznak. Szemük jobb álcázása érdekében sok rákféle olyan reflektorokat fejlesztett ki, amelyek eltakarják sötét szempigmentjeit, és olyan „szemfényt” hoznak létre, amely olyan hullámhosszon veri vissza a fényt, amely megegyezik az általuk élő víz hullámhosszával, azaz a látható fény hullámhosszával (400-750 nm). ).

Új munkájukban, részletezve Tudomány, kutatók vezetésével Johannes Haataja az University of Cambridge az Egyesült Királyságban és Benjamin Palmer ból ből Ben Gurion Egyetem Izraelben optikai és kriogén pásztázó elektronmikroszkópiával számos garnélarák- és garnélarákfajt vizsgált, beleértve az édesvízi fajokat is. Macrobrachium rosenbergi.

Azt találták, hogy a szemfényt a rákfélék szemének belsejében lévő, kristályos izoxanthopterin nanogömböket tartalmazó fotonikus üvegből készült, erősen visszaverő sejtek termelik. A szemfény színe a mélykéktől a zöld/sárgáig terjed a nanogömbök méretétől és sorrendiségüktől függően. Ez a moduláció segít a lényeknek „beolvadni” a különböző háttérszínekkel, amelyek a napszaktól és a mélységtől függően változnak – magyarázza Palmer.

Szép meglepetés

Ahogy az a tudományban néha megesik, a kutatók egészen véletlenül fedezték fel – mivel kezdetben azt tanulmányozták, hogyan alakulnak ki az izoxanthopterin kristályok bizonyos garnélarákfajtákban, miközben fejlődnek. Valójában korábbi munkájuk során azt találták, hogy a kifejlett tízlábú rákfélék az ezekből a kristályokból készült retina mögött elhelyezkedő, visszaszórásos reflektort (szalagot) használnak, hogy növeljék az általuk megfogott fény mennyiségét.

„Kellemes meglepetésben volt részünk, mivel azt tapasztaltuk, hogy a lárvarákok is használnak kristályos reflektorokat – jóllehet optikai célokra egészen más, mint a felnőttek” – magyarázza Palmer. „Munkánk egy másik csoport korábbi tanulmányán alapul, akik ezt a hatást találták lárva stomatopod rákfélék. Azt is megállapítottuk, hogy a szemfény jelenség más, eltérő színű szemű lárva decapod rákfélékben is jelen van.

Láthatatlan a háttérben

A visszaverődésért felelős anyag felfedezéséhez a csapat kriogén pásztázó elektronmikroszkópiát használt – egy olyan technikát, amely lehetővé teszi a biológiai szövetek életközeli állapotú leképezését anélkül, hogy a nedves biológiai szövet kiszáradásából származó műtermékeket bevinnék. A kapott képek azt mutatták, hogy a reflektor gömbökből készült. Közelebbről megvizsgálva, transzmissziós elektrontomográfia és elektrondiffrakció segítségével a kutatók megállapították, hogy a gömbök izoxanthopterin kristályokból készültek, akárcsak a felnőtt rákfélék szemében.

"A lárva esetében azonban a gömbök anatómiai helyzete és optikai funkciója nagyon eltérő" - mondja Palmer. Fizika Világa. "A reflektor a szem elnyelő pigmentjein helyezkedik el, és visszaveri a fényt a szembetűnő szempigmentektől, hogy az állatok láthatatlanná váljanak a háttérben."

Az álcázás kulcsa szerinte az állat azon képessége, hogy szabályozza a gömbök méretét, ami, mint említettük, meghatározza a reflektor színét. Hozzáteszi, hogy a tanulmány kritikus része a Haataja és a Haataja által végzett számítási munka volt Lukas Schertel. "Háromdimenziós modelljeik lehetővé tették számunkra, hogy teszteljük számos szerkezeti paraméter hatását a reflektor optikai tulajdonságaira, beleértve a részecskeméretet, a részecsketöltési frakciót, a sejtméretet, a részecske kettős törést és a részecske üregességét" - magyarázza Palmer.

Szerves biomineralizáció

A kutatók azt mondják, hogy most jobban szeretnék megérteni, hogy a különböző organizmusok hogyan használnak kristályos anyagokat a fény különböző funkcióinak kezelésére. Ez a szerves biomineralizáció néven ismert terület egyre nagyobb figyelmet kap a közösségben, magyarázza Palmer. A kulcskérdés itt annak megértése, hogy az organizmusok hogyan szabályozzák ezeknek az anyagoknak a kristályosodását, azzal a céllal, hogy új módszereket fejlesszenek ki mesterséges ekvivalensek szintetizálására valós alkalmazásokhoz.

A baktériumok nanogömbjei segíthetnek az apró rákfélék álcázásában

"Bár jobban foglalkozunk az alapvető tudományokkal, nagyon is lehetséges, hogy ebből a tanulmányból bio-ihletett anyagok származnak" - mondja. „Az izoxanthopterin nanogömbök hihetetlenül magas törésmutatóval rendelkeznek (bizonyos krisztallográfiai irányokban körülbelül 2.0), ami rendkívül hatékonysá teszi a fény visszaverését. És az a tény, hogy a visszavert fény színe a gömbméret szabályozásával hangolható, elvileg nagyon sokoldalú optikai anyagokká teszi őket.

Palmer hozzáteszi, hogy jelenleg nagy az érdeklődés a hagyományos szervetlen szóróanyagok (például élelmiszer-adalékanyagokban, festékekben és kozmetikumokban) szerves analógokkal való helyettesítése iránt. "Az ebben a munkában leírt anyag kiváló jelölt lenne, de sok alapvető dolgot meg kell tanulnunk először."

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/photonic-nanospheres-help-baby-shellfish-hide-from-predators/