光子纳米球帮助小贝类躲避捕食者

研究人员发现了一种基于纳米材料的反射器，它覆盖在某些小甲壳类动物的眼睛色素上。 这些色素由微小的异黄蝶呤结晶球体制成，可以让动物变得完全透明，从而躲避捕食者。 这些结构可以激发生物相容性人造光子材料的发展。

许多生活在海洋中的生物看起来是透明的，以避免成为猎物，但它们的眼睛可以出卖它们，因为它们含有不透明的色素。 为了更好地伪装它们的眼睛，许多甲壳类动物进化出反射器来覆盖它们的黑眼色素，产生一种“眼光”，反射波长与它们所生活的水相匹配的光，即可见光的波长（400 至 750 纳米） ).

在他们的新作品中，详述于 科学, 研究人员领导 约翰内斯·哈塔亚 的 剑桥大学 在英国和 本杰明·帕尔默 止 本古里安大学 在以色列，使用光学和低温扫描电子显微镜研究了几种虾和对虾，包括淡水物种 罗氏沼虾.

他们发现，这种眼光是由甲壳类动物眼睛内部含有结晶异黄蝶呤纳米球的光子玻璃制成的高反射细胞产生的。 根据纳米球的大小及其排列方式，眼影颜色从深蓝色到绿色/黄色不等。 Palmer 解释说，这种调节有助于生物“融入”不同的背景颜色，这些颜色会根据一天中的时间和它们所处的深度而变化。

一个不错的惊喜

正如科学中有时会发生的那样，研究人员的发现完全是偶然的——因为他们最初是在研究某些种类的虾在发育过程中异黄蝶呤晶体是如何形成的。 事实上，在之前的工作中，他们发现成年十足目甲壳类动物使用位于由这些晶体制成的视网膜后面的背散射反射器（绒毡层）来增加它们捕获的光量。

“然而，我们有一个惊喜，因为我们发现幼虾也使用晶体反射器——尽管与成虾的光学目的截然不同，”Palmer 解释道。 “我们的工作是基于另一个小组之前的一项研究，该小组在 幼虫口足类甲壳动物. 我们还发现，在其他具有不同颜色眼睛的甲壳纲十足目幼虫中也存在眼光现象。”

在背景下看不见

为了发现导致这种反射率的材料，该团队使用了低温扫描电子显微镜——一种允许生物组织在接近生命的状态下成像而不会引入湿生物组织脱水产生的人工制品的技术。 获得的图像显示反射器由球体制成。 通过使用透射电子断层扫描和电子衍射进行仔细检查，研究人员发现这些球体是由异黄蝶呤晶体制成的，就像成年甲壳类动物的眼睛一样。

“然而，在幼虫的情况下，球体的解剖位置和光学功能非常不同，”帕默说 物理世界. “反射器位于眼睛吸收色素的顶部，将光线从显眼的眼睛色素反射出去，使动物在背景中看不见。”

他说，伪装的关键是动物控制球体大小的能力，如前所述，这决定了反射器的颜色。 他补充说，这项研究的一个关键部分是 Haataja 和 卢卡斯舍特尔. “他们的三维模型使我们能够测试许多结构参数对反射器光学特性的影响，包括颗粒尺寸、颗粒填充率、单元尺寸、颗粒双折射和颗粒空心度，”Palmer 解释道。

有机生物矿化

研究人员表示，他们现在想更好地了解不同的生物体如何使用晶体材料来操纵光以实现不同的功能。 Palmer 解释说，这个领域被称为有机生物矿化，正在引起社区越来越多的关注。 这里的一个关键问题是了解生物体如何控制这些材料的结晶，目的是开发新的方法来合成用于实际应用的人工等效物。

细菌纳米球可能有助于伪装微小的甲壳类动物

“虽然我们更关注基础科学，但这项研究很可能会产生仿生材料，”他说。 “异黄蝶呤纳米球具有令人难以置信的高折射率（在某些晶体方向上约为 2.0），这使得它们在反射光方面非常有效。 事实上，反射光的颜色可以通过控制球体大小来调整，这使得它们在原则上成为用途广泛的光学材料。”

Palmer 补充说，目前人们对用有机类似物替代传统的无机散射材料（例如用于食品添加剂、油漆和化妆品）很感兴趣。 “这项工作中描述的材料将是一个很好的候选者，但我们需要首先学习许多基本的东西。”

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