Nanosphere fotonik membantu bayi kerang bersembunyi dari pemangsa

Para peneliti telah menemukan reflektor berbasis nanomaterial yang melapisi pigmen mata pada bayi krustasea tertentu. Pigmen, yang terbuat dari bola kristal kecil isoxanthopterin, memungkinkan hewan menjadi benar-benar transparan dan bersembunyi dari pemangsa. Struktur dapat menginspirasi pengembangan bahan fotonik buatan biokompatibel.

Banyak makhluk yang hidup di lautan tampak transparan untuk menghindari menjadi mangsa, tetapi mata mereka dapat memberikannya karena mengandung pigmen buram. Untuk menyamarkan mata mereka dengan lebih baik, banyak krustasea telah mengembangkan reflektor yang menutupi pigmen mata mereka yang gelap, menghasilkan "sinar mata" yang memantulkan cahaya pada panjang gelombang yang cocok dengan air tempat mereka tinggal, yaitu panjang gelombang cahaya tampak (400 hingga 750 nm). ).

Dalam karya baru mereka, dirinci dalam Ilmu, peneliti dipimpin oleh Johannes Haataja dari University of Cambridge di Inggris dan Benyamin Palmer dari Universitas Ben Gurion di Israel, menggunakan mikroskop elektron pemindaian optik dan kriogenik untuk mempelajari beberapa spesies udang dan udang, termasuk spesies air tawar Machrobrachium rosenbergi.

Mereka menemukan bahwa sinar mata dihasilkan oleh sel-sel yang sangat reflektif yang terbuat dari kaca fotonik yang mengandung nanosfer isoxanthopterin kristal di bagian dalam mata krustasea. Warna sinar mata berkisar dari biru tua hingga hijau/kuning tergantung pada ukuran nanosfer dan bagaimana urutannya. Modulasi ini membantu makhluk "berbaur" dengan warna latar belakang yang berbeda, yang bervariasi tergantung pada waktu dan kedalaman tempat mereka berada, jelas Palmer.

Kejutan yang menyenangkan

Seperti yang kadang-kadang terjadi dalam sains, para peneliti membuat penemuan mereka secara kebetulan – karena mereka awalnya mempelajari bagaimana kristal isoxanthopterin terbentuk pada spesies udang tertentu saat mereka berkembang. Memang, dalam pekerjaan sebelumnya, mereka telah menemukan bahwa krustasea berkaki sepuluh dewasa menggunakan reflektor hamburan balik (tapetum) yang terletak di belakang retina yang terbuat dari kristal ini untuk meningkatkan jumlah cahaya yang mereka tangkap.

“Namun, kami mendapat kejutan yang menyenangkan, karena kami menemukan bahwa larva udang juga menggunakan reflektor kristal – meskipun untuk tujuan optik yang sangat berbeda dengan udang dewasa,” jelas Palmer. “Pekerjaan kami didasarkan pada studi sebelumnya oleh kelompok lain yang menemukan efek ini di krustasea stomatopoda larva. Kami juga menemukan bahwa fenomena sinar mata hadir dalam krustasea dekapoda larva lainnya dengan warna mata yang berbeda.”

Tak terlihat dengan latar belakang

Untuk menemukan bahan yang bertanggung jawab atas pemantulan ini, tim menggunakan mikroskop elektron pemindaian kriogenik – sebuah teknik yang memungkinkan jaringan biologis dicitrakan dalam keadaan hampir hidup tanpa memperkenalkan artefak yang dihasilkan dari dehidrasi jaringan biologis basah. Gambar yang diperoleh menunjukkan bahwa reflektor terbuat dari bola. Setelah pemeriksaan lebih dekat, menggunakan tomografi elektron transmisi dan difraksi elektron, para peneliti menemukan bahwa bola terbuat dari kristal isoxanthopterin, seperti pada mata krustasea dewasa.

"Namun, dalam kasus larva, posisi anatomis dan fungsi optik bola sangat berbeda," kata Palmer. Dunia Fisika. "Reflektor duduk di atas pigmen penyerap di mata dan memantulkan cahaya dari pigmen mata yang mencolok untuk membuat hewan tidak terlihat dengan latar belakang."

Kunci kamuflase, katanya, adalah kemampuan hewan untuk mengontrol ukuran bola, yang, seperti disebutkan, menentukan warna reflektor. Bagian penting dari penelitian ini, tambahnya, adalah pekerjaan komputasi yang dilakukan oleh Haataja dan Lukas Schertel. “Model tiga dimensi mereka memungkinkan kami untuk menguji pengaruh berbagai parameter struktural pada sifat optik reflektor, termasuk ukuran partikel, fraksi pengisian partikel, ukuran sel, pembiasan ganda partikel, dan kehampaan partikel,” jelas Palmer.

Biomineralisasi organik

Para peneliti mengatakan bahwa mereka sekarang ingin lebih memahami bagaimana organisme yang berbeda menggunakan bahan kristal untuk memanipulasi cahaya untuk fungsi yang berbeda. Bidang ini, yang dikenal sebagai biomineralisasi organik, semakin menarik perhatian masyarakat, jelas Palmer. Pertanyaan kuncinya di sini adalah untuk memahami bagaimana organisme mengendalikan kristalisasi bahan-bahan ini, dengan tujuan mengembangkan cara baru untuk mensintesis ekuivalen buatan untuk digunakan dalam aplikasi dunia nyata.

Nanosfer bakteri dapat membantu menyamarkan krustasea kecil

“Sementara kami lebih peduli dengan ilmu dasar, sangat mungkin ada bahan bio-terinspirasi yang dihasilkan dari penelitian ini,” katanya. “Isoxanthopterin nanospheres memiliki indeks bias yang sangat tinggi (sekitar 2.0 dalam arah kristalografi tertentu), yang membuatnya sangat efisien dalam memantulkan cahaya. Dan fakta bahwa warna untuk cahaya yang dipantulkan dapat disetel dengan mengontrol ukuran bola membuatnya, pada prinsipnya, menjadi bahan optik yang sangat serbaguna.”

Saat ini banyak minat, tambah Palmer, dalam mengganti bahan penghambur anorganik konvensional (digunakan dalam bahan tambahan makanan, cat dan kosmetik, misalnya) dengan analog organik. “Materi yang dijelaskan dalam karya ini akan menjadi kandidat yang sangat baik, tetapi ada banyak hal mendasar yang perlu kita pelajari terlebih dahulu.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/photonic-nanospheres-help-baby-shellfish-hide-from-predators/