Nanosferas fotônicas ajudam filhotes de moluscos a se esconderem de predadores

Pesquisadores descobriram um refletor baseado em nanomateriais que recobre os pigmentos oculares em certos crustáceos bebês. Os pigmentos, feitos de minúsculas esferas cristalinas de isoxantopterina, permitem que os animais fiquem completamente transparentes e assim se escondam dos predadores. As estruturas podem inspirar o desenvolvimento de materiais fotônicos artificiais biocompatíveis.

Muitas criaturas que vivem no oceano parecem transparentes para evitar que se tornem presas, mas seus olhos podem denunciá-las porque contêm pigmentos opacos. Para camuflar melhor os olhos, muitos crustáceos desenvolveram refletores que cobrem os pigmentos escuros dos olhos, produzindo um “brilho ocular” que reflete a luz em comprimentos de onda iguais aos da água em que vivem, ou seja, os comprimentos de onda da luz visível (400 a 750 nm ).

Em seu novo trabalho, detalhado em Ciência, pesquisadores liderados por Johannes Haataja da Universidade de Cambridge no Reino Unido e Benjamim Palmer da Universidade Ben Gurion em Israel, usou microscopia eletrônica de varredura óptica e criogênica para estudar várias espécies de camarões e camarões, incluindo as espécies de água doce Machrobrachium rosenbergi.

Eles descobriram que o brilho ocular é produzido por células altamente reflexivas feitas de um vidro fotônico contendo nanoesferas cristalinas de isoxanthopterina no interior dos olhos dos crustáceos. A cor do brilho dos olhos varia de azul profundo a verde/amarelo, dependendo do tamanho das nanoesferas e de como elas são ordenadas. Essa modulação ajuda as criaturas a se “misturarem” com diferentes cores de fundo, que variam dependendo da hora do dia e da profundidade em que se encontram, explica Palmer.

Uma boa surpresa

Como às vezes acontece na ciência, os pesquisadores fizeram a descoberta por acaso – já que inicialmente estudavam como os cristais de isoxantopterina se formam em certas espécies de camarão à medida que se desenvolvem. De fato, em trabalhos anteriores, eles descobriram que os crustáceos decápodes adultos usavam um refletor de retroespalhamento (tapetum) localizado atrás da retina feita desses cristais para aumentar a quantidade de luz que captavam.

“No entanto, tivemos uma boa surpresa ao descobrir que as larvas de camarão também usam refletores cristalinos – embora para uma finalidade óptica muito diferente dos adultos”, explica Palmer. “Nosso trabalho é baseado em um estudo anterior de outro grupo que encontrou esse efeito em crustáceos estomatópodes larvais. Também descobrimos que o fenômeno do brilho dos olhos está presente em outras larvas de crustáceos decápodes com olhos de cores diferentes”.

Invisível contra o fundo

Para descobrir o material responsável por essa refletância, a equipe usou microscopia eletrônica de varredura criogênica – uma técnica que permite que o tecido biológico seja visualizado em um estado próximo à vida sem a introdução de artefatos resultantes da desidratação do tecido biológico úmido. As imagens obtidas mostraram que o refletor era feito de esferas. Após um exame mais detalhado, usando tomografia eletrônica de transmissão e difração de elétrons, os pesquisadores descobriram que as esferas eram feitas de cristais de isoxantopterina, assim como nos olhos de crustáceos adultos.

“No entanto, no caso larval, a posição anatômica e a função óptica das esferas são muito diferentes”, diz Palmer. Mundo da física. “O refletor fica sobre os pigmentos absorventes no olho e reflete a luz para longe dos pigmentos visíveis do olho para tornar os animais invisíveis contra o fundo.”

A chave da camuflagem, diz ele, é a capacidade do animal de controlar o tamanho das esferas, que, como mencionado, determina a cor do refletor. Uma parte crítica do estudo, acrescenta ele, foi o trabalho computacional realizado por Haataja e Lucas Schertel. “Seus modelos tridimensionais nos permitiram testar o efeito de vários parâmetros estruturais nas propriedades ópticas do refletor, incluindo tamanho de partícula, fração de preenchimento de partícula, tamanho de célula, birrefringência de partícula e cavidade de partícula”, explica Palmer.

biomineralização orgânica

Os pesquisadores dizem que agora gostariam de entender melhor como diferentes organismos usam materiais cristalinos para manipular a luz para diferentes funções. Este campo, conhecido como biomineralização orgânica, está atraindo cada vez mais atenção da comunidade, explica Palmer. Uma questão chave aqui é entender como os organismos controlam a cristalização desses materiais, com o objetivo de desenvolver novas formas de sintetizar equivalentes artificiais para uso em aplicações do mundo real.

Nanosferas de bactérias podem ajudar a camuflar minúsculos crustáceos

“Embora estejamos mais preocupados com a ciência fundamental, é muito possível que haja materiais bioinspirados gerados a partir deste estudo”, diz ele. “As nanoesferas de isoxantopterina têm um índice de refração incrivelmente alto (cerca de 2.0 em certas direções cristalográficas), o que as torna extremamente eficientes na reflexão da luz. E o fato de que a cor da luz refletida pode ser ajustada controlando o tamanho da esfera os torna, em princípio, materiais ópticos muito versáteis.”

Atualmente, há muito interesse, acrescenta Palmer, na substituição de materiais de dispersão inorgânicos convencionais (usados ​​em aditivos alimentares, tintas e cosméticos, por exemplo) por análogos orgânicos. “O material descrito neste trabalho seria um excelente candidato, mas há muitas coisas fundamentais que precisamos aprender primeiro.”

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