หอยใช้ใยแก้วนำแสงในการส่งแสงแดดไปยังสาหร่ายชีวภาพ

ในการค้นพบที่ทำให้เส้นแบ่งระหว่างชีววิทยาและเทคโนโลยีไม่ชัดเจน นักวิทยาศาสตร์ได้พบว่าหอยรูปหัวใจใช้โครงสร้างคล้ายใยแก้วนำแสงเพื่อส่งแสงแดดผ่านเปลือกหอยในลักษณะเดียวกับที่บริษัทโทรคมนาคมใช้ใยแก้วนำแสงเพื่อเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตความเร็วสูง เข้าไปในบ้าน

นวัตกรรมนี้ ซึ่งเป็นตัวอย่างแรกที่รู้จักกันดีของการรวมใยแก้วนำแสงในสิ่งมีชีวิต ช่วยอธิบายว่าหัวใจหอยแครง (คอร์คูลัม คาร์ดิสซา) — หอยสองฝาที่พบในน้ำตื้นทั่วมหาสมุทรอินเดียและมหาสมุทรแปซิฟิก — ควบคุมแสงแดดเพื่อบำรุงสาหร่ายชีวภาพที่อาศัยอยู่ภายใน พร้อมทั้งปกป้องพวกมันจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย ในทางกลับกัน สาหร่ายจะให้น้ำตาลและสารอาหารที่จำเป็นอื่นๆ แก่หอย

การค้นพบเน้นการปรับตัวเชิงวิวัฒนาการซึ่งเทียบเคียงกับความเฉลียวฉลาดทางเทคโนโลยีของมนุษย์ และนำเสนอข้อมูลเชิงลึกที่เป็นไปได้สำหรับการพัฒนาระบบการมองเห็นที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพในอนาคต นักวิจัยรายงานเมื่อวันที่ 19 พฤศจิกายน 2561การสื่อสารธรรมชาติ-

หอยแครงหัวใจเป็นหอยสองฝาขนาดเล็กขนาดวอลนัท ขึ้นชื่อเรื่องรูปทรงเปลือกหอยที่โดดเด่น แต่เมื่อมองอย่างใกล้ชิดเผยให้เห็นว่าเปลือกหอยนั้นมี "หน้าต่าง" ซึ่งเป็นโครงสร้างโปร่งใสเล็กๆ น้อยๆ ที่ช่วยให้แสงลอดผ่านได้

สถาปัตยกรรมอันเป็นเอกลักษณ์นี้มีรากฐานมาจากคุณสมบัติพิเศษของซึ่งเป็นรูปแบบผลึกของแคลเซียมคาร์บอเนต (SN:1/21/03- ผลึกอาราโกไนต์เหล่านี้จัดเรียงอยู่ในท่อขนาดไมครอนซึ่งทำหน้าที่เหมือนกับสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติก ซึ่งช่วยนำทางแสงด้วยความแม่นยำเป็นพิเศษ ในขณะเดียวกันก็กรองรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายที่อาจทำลายสาหร่ายชีวภาพของหอยหรือเนื้อเยื่ออ่อนของพวกมันเอง

นักชีวฟิสิกส์เชิงวิวัฒนาการ Dakota McCoy จากมหาวิทยาลัยชิคาโก และเพื่อนร่วมงานของเธอทำการทดลองด้วยกล้องจุลทรรศน์ แสดงให้เห็นว่าด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ของเปลือกนอกช่วยให้แสงที่มีประโยชน์ในการสังเคราะห์แสงทะลุผ่านเข้าไปข้างในได้มากกว่าสองเท่า เมื่อเทียบกับแสงอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายซึ่งทำลาย DNA

ตามข้อมูลของ McCoy ความสามารถในการกรองแสงนี้น่าจะช่วยลดความเสี่ยงของการฟอกสีได้กระทบทั้งปะการังและหอยอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน-SN: 8/7/24-

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ยังแสดงให้เห็นอีกว่าการจัดเรียงโครงสร้างคล้ายใยแก้วนำแสงแสดงถึงการแลกเปลี่ยนทางวิวัฒนาการที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดเพื่อให้สมดุลความแข็งแรงเชิงกลของเปลือกด้วยความสามารถในการส่งผ่านแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

“ในที่สุดก็มีคนทำสิ่งนี้สำเร็จแล้ว” Jingchun Li นักชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการจากมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ผู้ศึกษาความสัมพันธ์ทางชีวภาพระหว่างหอยแครงหัวใจกับสาหร่ายของพวกมัน กล่าว

หอยแครงไม่ได้อยู่คนเดียวในการส่งแสงแดดไปยังสาหร่ายชีวภาพ สัตว์ทะเลอื่นๆ เช่นทำสิ่งนี้ด้วย (SN: 22/6/61- แต่ในขณะที่หอยสองฝาที่มีสันขนาดใหญ่เหล่านี้อาศัยเซลล์พิเศษในการดึงแสงแดดที่เป็นประโยชน์ หอยแครงหัวใจที่เปลือกของพวกมันปิดแน่น ใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมอาราโกไนต์อันเป็นเอกลักษณ์ของพวกมัน

“พวกมันใช้แร่ธาตุในเปลือกหอยเพื่อทำสิ่งนี้ ไม่ใช่โครงสร้างทางชีวภาพ” ซาราห์ เลเมอร์ นักพันธุศาสตร์วิวัฒนาการจากสถาบันไลบนิซเพื่อการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความหลากหลายทางชีวภาพในเมืองฮัมบวร์ก ประเทศเยอรมนี ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้กล่าว “มันเรียบร้อยจริงๆ”

ปัจจุบัน McCoy และคนอื่นๆ จินตนาการถึงการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของอะราโกไนต์หรือโครงสร้างขัดแตะที่ซับซ้อนเพื่อสร้างวัสดุใหม่ที่มีประสิทธิภาพด้านการมองเห็นที่เหนือกว่า ซึ่งอาจปฏิวัติเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายและเครื่องมือวัดขั้นสูง

คุณภาพหนึ่งที่พวกเขาหวังว่าจะทำซ้ำคือความสามารถของอะราโกไนต์ในการส่งผ่านแสงโดยไม่ต้องเคลือบสารสะท้อนแสง การเคลือบดังกล่าวจำเป็นบนสายเคเบิลโทรคมนาคมเพื่อจำกัดสัญญาณแสง แต่โดยธรรมชาติแล้วอาราโกไนต์จะมีคุณสมบัติการกักเก็บแสงของตัวเอง

“ด้วยการเลียนแบบโครงสร้างเส้นใยมัดที่พบในหอยแครง เราสามารถพัฒนาระบบที่ให้การสะสมแสงที่ดียิ่งขึ้น” Boon Ooi นักวิจัยด้านโฟโตนิกส์จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี King Abdullah ในซาอุดีอาระเบียกล่าว

“การออกแบบผลิตภัณฑ์ใช้เวลาหลายพันล้านปีเพื่อสิ่งนี้” McCoy ชี้ให้เห็น เธอกล่าวว่าการออกแบบเปลือกหอยของหอยแครงอาจนำไปสู่ความสามารถในการส่งผ่านแสงที่ไม่มีใครเทียบได้ ทำให้ผู้ใช้เทคโนโลยีเหล่านี้มีความสุขเหมือนหอย