Обнаружены аналоги оптоволокна в раковинах моллюсков-сердцевидок

Физики и биологи из США выяснили, что в раковинах моллюсков-сердцевидок присутствуют светопроводящие структуры, похожие по принципам устройства на оптоволокно. Это "биооптоволокно" помогает водорослям-симбионтам этих моллюсков постоянно получать свет, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Мы обнаружили, что в раковинах сердцевидок присутствуют прозрачные "окна" из минерала-арагонита и наборы микролинз, которые позволяют свету проникать через раковины в ткани тела этих моллюсков, в толще которых обитают их симбионты-водоросли. Эти биологические аналоги пучков оптоволокна передают полезное для водорослей видимое излучение и одновременно защищают их от ультрафиолета", - пишут исследователи.

Открытие было совершено группой американских физиков и биологов под руководством профессора Даремского университета Зенке Йонсена при изучении структуры раковин сердцевидок вида Corculum cardissa. Одной из уникальных особенностей сердцевидок является то, что эти существа, в отличие от других видов "фотосинтезирующих" двустворчатых моллюсков, не удерживают свою раковину в полуоткрытом положении для обеспечения водорослей светом.

В конце прошлого века ученые обнаружили, что это связано с тем, что на поверхности раковин сердцевидок присутствуют прозрачные для света "окна", механизмы работы которых оставались загадкой для биологов и физиков. Для получения подобных сведений ученые собрали образцы раковин Corculum cardissa и проследили за их взаимодействиями со светом, а также изучили их структуру и состав при помощи спектроскопов и сканирующих электронных микроскопов.

Проведенные физиками замеры указали, что каждое "окно" в раковине сердцевидок представляет собой сложно устроенную нанофотонную структуру, которая похожа по своим свойствам и функциям на пучки оптоволокна. Ключевую роль в их работе играли особые микролинзы из минерала арагонита, которые избирательным образом фильтруют падающий на них свет, усиливают и направляют его в сторону водорослей в толще тела моллюска.

Эти структуры, как обнаружили ученые, пропускают через себя до 60% падающего на них видимого излучения и лишь 14% падающего на них ультрафиолета, что защищает водоросли от негативного воздействия солнечной радиации. При этом расчеты физиков показывают, что "биооптоволокно" решает обе эти задачи с максимально высоким уровнем эффективности. Это делает раковины сердцевидок очень интересным примером для разработки новых природоподобных технологий, подытожили исследователи.

О природоподобных технологиях

Инженеры, химики и физики активно изучают то, как устроены различные природные материалы, многие из которых значительно превосходят созданные человеком по прочности, легкости, долговечности и многим другим параметрам. К примеру, шелк из паутины пауков значительно превосходит сталь по прочности. При этом он обладает низкой массой и высокой стойкостью к растягиванию. Ученые давно пытаются воспроизвести подобные "изобретения природы" и приспособить их для решения важных научных и промышленных задач.