Các hạt nano quang tử giúp động vật có vỏ con trốn tránh những kẻ săn mồi

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một chất phản xạ dựa trên vật liệu nano phủ lên các sắc tố mắt ở một số loài giáp xác nhỏ. Các sắc tố, được tạo ra từ các quả cầu tinh thể nhỏ isoxanthopterin, cho phép các loài động vật trở nên hoàn toàn trong suốt và ẩn náu khỏi những kẻ săn mồi. Các cấu trúc có thể truyền cảm hứng cho sự phát triển của các vật liệu quang tử nhân tạo tương thích sinh học.

Nhiều sinh vật sống trong đại dương có vẻ ngoài trong suốt để tránh trở thành con mồi, nhưng mắt của chúng có thể phát hiện ra chúng vì chúng chứa các sắc tố mờ đục. Để ngụy trang tốt hơn cho đôi mắt của chúng, nhiều loài giáp xác đã phát triển các chất phản xạ che phủ sắc tố mắt sẫm màu của chúng, tạo ra một “ánh mắt” phản chiếu ánh sáng ở bước sóng phù hợp với bước sóng của nước mà chúng sống, đó là bước sóng của ánh sáng khả kiến ​​(400 đến 750 nm). ).

Trong công việc mới của họ, chi tiết trong Khoa học, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Johannes Haataja của Đại học Cambridge ở Anh và Benjamin Palmer từ Đại học Ben Gurion ở Israel, đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét quang học và đông lạnh để nghiên cứu một số loài tôm và tôm he, bao gồm cả các loài nước ngọt Macrobrachium rosenbergi.

Họ phát hiện ra rằng ánh mắt được tạo ra bởi các tế bào có độ phản chiếu cao được làm từ một loại kính quang tử có chứa các hạt cầu nano isoxanthopterin kết tinh ở bên trong mắt của loài giáp xác. Màu mắt dao động từ xanh lam đậm đến xanh lá cây/vàng tùy thuộc vào kích thước của các ống nano và cách chúng được sắp xếp. Palmer giải thích rằng sự điều biến này giúp các sinh vật “hòa nhập” với các màu nền khác nhau, thay đổi tùy thuộc vào thời gian trong ngày và độ sâu mà chúng thấy mình ở đó.

Một bất ngờ thú vị

Như đôi khi xảy ra trong khoa học, các nhà nghiên cứu đã thực hiện khám phá của mình một cách khá tình cờ – khi ban đầu họ đang nghiên cứu cách các tinh thể isoxanthopterin hình thành trong một số loài tôm khi chúng phát triển. Thật vậy, trong nghiên cứu trước đây, họ đã phát hiện ra rằng các loài giáp xác mười chân trưởng thành sử dụng một gương phản xạ tán xạ ngược (tapetum) nằm phía sau võng mạc làm từ các tinh thể này để tăng lượng ánh sáng mà chúng thu được.

Palmer giải thích: “Tuy nhiên, chúng tôi đã có một bất ngờ thú vị khi phát hiện ra rằng tôm ấu trùng cũng sử dụng gương phản xạ tinh thể – mặc dù với mục đích quang học rất khác với tôm trưởng thành”. “Công việc của chúng tôi dựa trên một nghiên cứu trước đây của một nhóm khác đã tìm thấy hiệu ứng này trong ấu trùng động vật giáp xác. Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng hiện tượng lóa mắt cũng có ở các loài giáp xác ấu trùng decapod khác với đôi mắt có màu sắc khác nhau.”

Vô hình trên nền

Để khám phá vật liệu chịu trách nhiệm cho sự phản xạ này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét đông lạnh – một kỹ thuật cho phép chụp ảnh mô sinh học ở trạng thái gần giống với sự sống mà không đưa vào các đồ tạo tác do sự mất nước của mô sinh học ướt. Những hình ảnh thu được cho thấy gương phản xạ được làm bằng hình cầu. Khi kiểm tra kỹ hơn, sử dụng phương pháp chụp cắt lớp điện tử truyền qua và nhiễu xạ điện tử, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các quả cầu được tạo ra từ các tinh thể isoxanthopterin, giống như mắt của loài giáp xác trưởng thành.

“Tuy nhiên, trong trường hợp ấu trùng, vị trí giải phẫu và chức năng quang học của các quả cầu rất khác nhau,” Palmer nói Thế giới vật lý. “Bộ phản xạ nằm trên các sắc tố hấp thụ trong mắt và phản chiếu ánh sáng ra khỏi các sắc tố dễ thấy của mắt để khiến động vật trở nên vô hình trên nền.”

Ông nói, chìa khóa của việc ngụy trang là khả năng của con vật trong việc kiểm soát kích thước của các quả cầu, như đã đề cập, xác định màu sắc của tấm phản xạ. Ông nói thêm, một phần quan trọng của nghiên cứu là công việc tính toán được thực hiện bởi Haataja và Lukas Schertel. Palmer giải thích: “Các mô hình ba chiều của họ cho phép chúng tôi kiểm tra tác động của nhiều tham số cấu trúc đối với tính chất quang học của gương phản xạ, bao gồm kích thước hạt, tỷ lệ lấp đầy hạt, kích thước tế bào, khả năng lưỡng chiết của hạt và độ rỗng của hạt”.

khoáng hóa hữu cơ

Các nhà nghiên cứu nói rằng giờ đây họ muốn hiểu rõ hơn về cách các sinh vật khác nhau sử dụng vật liệu tinh thể để điều khiển ánh sáng cho các chức năng khác nhau. Palmer giải thích rằng lĩnh vực này, được gọi là đa khoáng hóa sinh học hữu cơ, đang thu hút sự chú ý ngày càng nhiều trong cộng đồng. Một câu hỏi quan trọng ở đây là hiểu cách các sinh vật kiểm soát quá trình kết tinh của các vật liệu này, với mục đích phát triển các cách mới để tổng hợp các chất tương đương nhân tạo để sử dụng trong các ứng dụng trong thế giới thực.

Cầu nano vi khuẩn có thể giúp ngụy trang động vật giáp xác nhỏ

Ông nói: “Mặc dù chúng tôi quan tâm nhiều hơn đến khoa học cơ bản, nhưng rất có thể có những vật liệu lấy cảm hứng từ sinh học được tạo ra từ nghiên cứu này. “Các hạt cầu nano Isoxanthopterin có chỉ số khúc xạ cực kỳ cao (khoảng 2.0 theo các hướng tinh thể nhất định), khiến chúng phản xạ ánh sáng cực kỳ hiệu quả. Và thực tế là màu sắc của ánh sáng phản xạ có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát kích thước quả cầu làm cho chúng, về nguyên tắc, là những vật liệu quang học rất linh hoạt.”

Palmer cho biết thêm, hiện đang có rất nhiều mối quan tâm trong việc thay thế các vật liệu tán xạ vô cơ thông thường (ví dụ như được sử dụng trong phụ gia thực phẩm, sơn và mỹ phẩm) bằng các chất tương tự hữu cơ. “Tài liệu được mô tả trong tác phẩm này sẽ là một ứng cử viên xuất sắc nhưng có nhiều điều cơ bản chúng ta cần tìm hiểu trước.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/photonic-nanospheres-help-baby-shellfish-hide-from-predators/