نانوکره های فوتونیک به بچه صدف ها کمک می کند تا از شکارچیان پنهان شوند

محققان یک بازتابنده مبتنی بر نانومواد کشف کرده‌اند که روی رنگدانه‌های چشم در برخی از سخت پوستان کوچک قرار دارد. رنگدانه‌هایی که از کره‌های کریستالی کوچک ایزوکسانتوپترین ساخته شده‌اند، به حیوانات اجازه می‌دهند کاملاً شفاف شوند و بنابراین از شکارچیان پنهان می‌شوند. این ساختارها می توانند الهام بخش توسعه مواد فوتونی مصنوعی زیست سازگار باشند.

بسیاری از موجوداتی که در اقیانوس زندگی می کنند برای جلوگیری از تبدیل شدن به طعمه شفاف به نظر می رسند، اما چشمان آنها می تواند آنها را از بین ببرد زیرا حاوی رنگدانه های مات هستند. برای استتار بهتر چشمان خود، بسیاری از سخت پوستان بازتابنده هایی ساخته اند که رنگدانه های تیره چشم آنها را می پوشاند و یک "براق چشم" تولید می کند که نور را در طول موج های آبی که در آن زندگی می کنند، منعکس می کند، یعنی طول موج های نور مرئی (400 تا 750 نانومتر). ).

در کار جدیدشان به تفصیل در علم، محققان به رهبری یوهانس هااتجا از دانشگاه کمبریج در انگلستان و بنجامین پالمر از جانب دانشگاه بن گوریون در اسرائیل، از میکروسکوپ الکترونی روبشی نوری و برودتی برای مطالعه چندین گونه میگو و میگو از جمله گونه های آب شیرین استفاده کردند. ماکروبراکیوم روزنبرگی.

آنها دریافتند که درخشش چشم توسط سلول های بسیار بازتابنده ساخته شده از یک شیشه فوتونیک حاوی نانوکره های کریستالی ایزوکسانتوپترین در داخل چشم سخت پوستان تولید می شود. رنگ درخشش چشم بسته به اندازه نانوکره ها و نحوه ترتیب آنها از آبی تیره تا سبز/زرد متغیر است. پالمر توضیح می‌دهد که این مدولاسیون به موجودات کمک می‌کند تا با رنگ‌های پس‌زمینه متفاوت «ترکیب» شوند، که بسته به زمان روز و عمقی که در آن قرار می‌گیرند متفاوت است.

یک سورپرایز خوب

همانطور که گاهی اوقات در علم اتفاق می افتد، محققان به طور کاملاً تصادفی به کشف خود دست یافتند - زیرا آنها در ابتدا در حال مطالعه نحوه تشکیل کریستال های ایزوکسانتوپترین در گونه های خاصی از میگو بودند. در واقع، در کار قبلی، آنها دریافته بودند که سخت‌پوستان ده‌پایان بالغ از یک بازتابنده پراکنده عقب (tapetum) در پشت شبکیه ساخته شده از این کریستال‌ها استفاده می‌کردند تا میزان نوری را که جذب می‌کنند افزایش دهند.

پالمر توضیح می‌دهد: «با این حال، ما یک شگفتی خوب داشتیم، زیرا متوجه شدیم که میگوهای لارو از بازتابنده‌های کریستالی نیز استفاده می‌کنند – البته برای اهداف نوری بسیار متفاوت با بزرگسالان». کار ما بر اساس یک مطالعه قبلی توسط گروه دیگری است که این تأثیر را در آن یافتند سخت پوستان لارو stomatopod. ما همچنین دریافتیم که پدیده درخشش چشم در سایر سخت‌پوستان ده‌پایان لارو با چشم‌های رنگ‌های متفاوت وجود دارد.

در پس زمینه نامرئی است

برای کشف ماده مسئول این بازتاب، تیم از میکروسکوپ الکترونی روبشی برودتی استفاده کرد - تکنیکی که به بافت بیولوژیکی اجازه می‌دهد تا در حالت نزدیک به زندگی تصویربرداری شود، بدون اینکه مصنوعات حاصل از کم آبی بافت بیولوژیکی مرطوب را معرفی کنند. تصاویر به دست آمده نشان می داد که بازتابنده از کره ساخته شده است. پس از بررسی دقیق تر، با استفاده از توموگرافی الکترونی عبوری و پراش الکترونی، محققان دریافتند که کره ها از کریستال های ایزوکسانتوپترین درست مانند چشم سخت پوستان بالغ ساخته شده اند.

پالمر می گوید: «با این حال، در مورد لارو، موقعیت آناتومیکی و عملکرد نوری کره ها بسیار متفاوت است. دنیای فیزیک. این بازتابنده در بالای رنگدانه های جذب کننده چشم قرار می گیرد و نور را به دور از رنگدانه های چشمی منعکس می کند تا حیوانات را در پس زمینه نامرئی کند.

او می گوید که کلید استتار، توانایی حیوان در کنترل اندازه کره ها است که همانطور که گفته شد، رنگ بازتابنده را تعیین می کند. او اضافه می کند که بخش مهمی از مطالعه، کار محاسباتی انجام شده توسط Haataja و لوکاس شرتل. پالمر توضیح می‌دهد: «مدل‌های سه‌بعدی آن‌ها به ما اجازه می‌دهد تا تأثیر پارامترهای ساختاری متعددی را بر روی خواص نوری بازتابنده، از جمله اندازه ذرات، کسر پرکننده ذرات، اندازه سلول، دوشکستگی ذرات و توخالی بودن ذرات آزمایش کنیم.»

بیومرینالیزاسیون آلی

محققان می گویند که اکنون می خواهند بهتر درک کنند که چگونه موجودات مختلف از مواد کریستالی برای دستکاری نور برای عملکردهای مختلف استفاده می کنند. پالمر توضیح می دهد که این زمینه که به عنوان بیومرینالیزاسیون آلی شناخته می شود، توجه بیشتری را در جامعه به خود جلب می کند. یک سوال کلیدی در اینجا این است که بفهمیم چگونه موجودات زنده تبلور این مواد را کنترل می کنند، با هدف توسعه روش های جدید برای سنتز معادل های مصنوعی برای استفاده در برنامه های کاربردی در دنیای واقعی.

نانوکره های باکتری ممکن است به استتار سخت پوستان ریز کمک کنند

او می‌گوید: «در حالی که ما بیشتر به علوم بنیادی توجه می‌کنیم، ممکن است مواد الهام‌گرفته‌شده زیستی از این مطالعه تولید شوند.» نانوکره‌های ایزوکسانتوپترین دارای ضریب شکست فوق‌العاده بالایی هستند (حدود 2.0 در جهت‌های کریستالوگرافی خاص)، که آنها را در بازتاب نور بسیار کارآمد می‌کند. و این واقعیت که رنگ نور منعکس شده را می توان با کنترل اندازه کره تنظیم کرد، در اصل آنها را به مواد نوری بسیار همه کاره تبدیل می کند.

پالمر اضافه می کند که در حال حاضر علاقه زیادی به جایگزینی مواد متداول پراکنده معدنی (مثلاً در افزودنی های مواد غذایی، رنگ ها و لوازم آرایشی مورد استفاده) با آنالوگ های آلی وجود دارد. "مواد توضیح داده شده در این کار می تواند یک نامزد عالی باشد، اما چیزهای اساسی بسیاری وجود دارد که باید ابتدا یاد بگیریم."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/photonic-nanospheres-help-baby-shellfish-hide-from-predators/