フォトニックナノスフィアは、幼貝が捕食者から隠れるのを助ける

研究者たちは、特定の赤ちゃん甲殻類の目の色素の上にあるナノマテリアルベースの反射体を発見しました。 イソキサントプテリンの小さな結晶球から作られた色素により、動物は完全に透明になり、捕食者から身を隠すことができます. この構造は、生体適合性の人工フォトニック材料の開発を刺激する可能性があります。

海に住む多くの生き物は、獲物にならないように透明に見えますが、不透明な色素が含まれているため、目が透けて見えることがあります。 目をよりよくカモフラージュするために、多くの甲殻類は、暗い目の色素を覆う反射体を開発しました。これにより、彼らが住んでいる水の波長と一致する波長、つまり可視光 (400 ～ 750 nm) の波長で光を反射する「アイシャイン」が生成されます。 ）。

彼らの新しい作品では、 科学、率いる研究者 ヨハネス・ハータジャ ケンブリッジ大学 英国ではと ベンジャミンパーマー から ベングリオン大学 イスラエルでは、光学および低温走査型電子顕微鏡を使用して、淡水種を含むいくつかの種のエビを研究しました マクロブラキウム・ローゼンベルギ.

彼らは、甲殻類の目の内部にある結晶性イソキサントプテリンナノスフェアを含むフォトニックガラスから作られた高反射セルによって、アイシャインが生成されることを発見しました。 アイシャインの色は、ナノスフィアのサイズとその順序に応じて、深い青から緑/黄色までの範囲です。 この調整により、生き物はさまざまな背景色に「溶け込む」ことができます。背景色は、時間帯や生息地の深さによって異なります、とパーマーは説明します。

素敵な驚き

科学では時々起こることですが、研究者たちは、エビの特定の種が成長するときにイソキサントプテリンの結晶がどのように形成されるかを最初に研究していたときに、まったく偶然に発見しました. 実際、彼らは以前の研究で、成体の十脚類の甲殻類が、これらの結晶から作られた網膜の後ろにある後方散乱反射体 (tapetum) を使用して、捕獲する光の量を増やしていることを発見しました。

「しかし、幼生のエビも結晶反射体を使用していることがわかったという点で、私たちは素晴らしい驚きを持っていました。ただし、成体とは非常に異なる光学的目的のためです」とパーマーは説明します。 「私たちの研究は、この効果を発見した別のグループによる以前の研究に基づいています。 甲殻類の幼虫. また、目が光る現象は、目の色が異なる他の十脚甲殻類の幼生にも見られることを発見しました。」

背景に対して見えない

この反射率の原因となる物質を発見するために、チームは極低温走査型電子顕微鏡法を使用しました。これは、湿った生物組織の脱水に起因するアーチファクトを導入することなく、生物組織を生命に近い状態で画像化できる技術です。 得られた画像は、反射板が球体でできていることを示しました。 透過型電子線トモグラフィーと電子線回折を使用して詳細に調べたところ、研究者は、成体の甲殻類の眼と同じように、球体がイソキサントプテリン結晶でできていることを発見しました。

「しかし、幼虫の場合、球体の解剖学的位置と光学機能は非常に異なります」とパーマーは言います。 物理学の世界. 「リフレクターは目の吸収色素の上に位置し、目立つ目の色素から光を反射して、動物を背景から見えないようにします。」

カモフラージュの鍵は、前述のように反射板の色を決定する球体のサイズを制御する動物の能力であると彼は言います。 この研究の重要な部分は、Haataja が行った計算作業であり、 ルーカス・シェルテル. 「彼らの XNUMX 次元モデルにより、粒子サイズ、粒子充填率、セル サイズ、粒子の複屈折、粒子の中空性など、リフレクターの光学特性に対する多数の構造パラメーターの影響をテストすることができました」と Palmer は説明します。

有機バイオミネラリゼーション

研究者たちは、さまざまな生物がさまざまな機能のために光を操作するために結晶材料をどのように使用しているかをよりよく理解したいと考えている. 有機バイオミネラリゼーションとして知られるこの分野は、コミュニティでますます注目を集めているとパーマーは説明します。 ここでの重要な問題は、生物がこれらの材料の結晶化をどのように制御しているかを理解することであり、現実世界のアプリケーションで使用するための人工同等物を合成する新しい方法を開発することを目的としています.

バクテリアのナノスフィアは、小さな甲殻類のカモフラージュに役立つ可能性があります

「私たちは基礎科学に関心を持っていますが、この研究から生物にヒントを得た材料が生成される可能性は非常に高いです」と彼は言います。 「イソキサントプテリン ナノスフェアは、信じられないほど高い屈折率 (特定の結晶方向で約 2.0) を持っているため、光を反射するのに非常に効率的です。 また、球のサイズを制御することで反射光の色を調整できるという事実により、原則として、非常に用途の広い光学材料になります。」

現在、従来の無機散乱材料 (食品添加物、塗料、化粧品などに使用される) を有機類似体に置き換えることに多くの関心が寄せられている、と Palmer は付け加えます。 「この作品で説明されている資料は優れた候補ですが、最初に学ぶ必要がある基本的なことがたくさんあります。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/photonic-nanospheres-help-baby-shellfish-hide-from-predators/