大自然的第一條光纖可以照亮互聯網創新之路

在一項模糊了生物學和技術之間界限的發現中，科學家們發現心形蛤使用類似光纖的結構將陽光引導穿過它們的殼，就像電信公司使用光纖向家庭提供高速互聯網連接一樣。

這項創新是第一個已知的生物體中捆綁光纖的例子，有助於解釋心臟是如何起皺的（紅木）——一種在印度洋和太平洋淺水區發現的海洋雙殼類動物——利用陽光來滋養生活在其中的共生藻類，同時保護它們免受有害紫外線的傷害。作為回報，藻類為蛤提供糖和其他必需營養素。

研究結果強調進化適應研究人員在 11 月 19 日發表的報告中稱，這與人類技術的獨創性相媲美，並為未來仿生光學系統的開發提供了潛在的見解。自然通訊。

心蛤是核桃大小的小型雙殼類動物，以其獨特的貝殼形狀而聞名。但仔細觀察就會發現，貝殼上佈滿了“窗戶”——微小的透明結構，可以讓光線穿過。

這種獨特的架構植根於，一種結晶形式的碳酸鈣（序列號：1/21/03）。這些文石晶體排列在微米大小的管子中，其功能類似於光纖電纜，以極高的精度引導光線，同時過濾掉可能損害蛤類共生藻類或其自身脆弱組織的有害紫外線輻射。

芝加哥大學的進化生物物理學家達科塔·麥考伊（Dakota McCoy）和她的同事進行了顯微鏡實驗，證明貝殼面向太陽的一面允許穿透內部的光合有用光是有害的、破壞 DNA 的紫外線的兩倍多。

麥考伊表示，這種濾光能力可能有助於降低漂白的風險，這是一種目前正在影響珊瑚和蛤（序列號：8/7/24）。

計算機模擬進一步表明，類似光纖結構的排列代表了一種進化的權衡，經過微調以平衡外殼的機械強度和有效傳輸光的能力。

“最後，有人真正解決了這個問題，”科羅拉多大學博爾德分校的進化生物學家李景春說，他研究心蛤和藻類之間的共生關係。

心蛤並不是唯一將陽光引導至共生藻類的。其他海洋生物，例如，也這樣做（序列號：2018 年 6 月 22 日）。然而，這些巨大的脊狀雙殼類動物依靠特殊的細胞吸收有益的陽光，而心蛤則利用其獨特的文石結構，其殼緊閉。

德國漢堡萊布尼茨生物多樣性變化分析研究所的進化遺傳學家莎拉·萊默（Sarah Lemer）沒有參與這項研究，她說：“它們利用殼中的礦物質而不是生物結構來做到這一點。” “真的很整潔。”

麥考伊和其他人現在設想利用文石的特性或其複雜的晶格結構來創造具有卓越光學性能的新材料，這可能會徹底改變無線通信技術和先進的測量工具。

他們希望復制的一項品質是文石無需反射塗層即可引導光線的能力。電信電纜需要這種塗層來限制光信號，但文石天然具有其自身的光學遏制功能。

沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的光子學研究員 Boon Ooi 表示：“通過模仿心蛤中發現的成束纖維結構，我們可以開發出增強光收集的系統。”

“這已經融入了數十億年的產品設計，”麥考伊指出。她說，利用心蛤的外殼設計可能會帶來無與倫比的光傳輸能力——讓這些技術的人類最終用戶高興極了。