在一项模糊了生物学和技术之间界限的发现中,科学家们发现心形蛤使用类似光纤的结构将阳光引导穿过它们的壳,就像电信公司使用光纤提供高速互联网连接一样进入家庭。
这项创新是第一个已知的生物体中捆绑光纤的例子,有助于解释心脏是如何起皱的(红木)——一种在印度洋和太平洋浅水区发现的海洋双壳类动物——利用阳光来滋养生活在其中的共生藻类,同时保护它们免受有害紫外线的伤害。作为回报,藻类为蛤提供糖和其他必需营养素。
研究结果强调进化适应研究人员在 11 月 19 日发表的报告中称,这与人类技术的独创性相媲美,并为未来仿生光学系统的开发提供了潜在的见解。自然通讯。
心蛤是核桃大小的小型双壳类动物,以其独特的贝壳形状而闻名。但仔细观察就会发现,贝壳上布满了“窗户”——微小的透明结构,可以让光线穿过。
这种独特的架构植根于,一种结晶形式的碳酸钙(序列号:1/21/03)。这些文石晶体排列在微米大小的管子中,其功能类似于光纤电缆,以极高的精度引导光线,同时过滤掉可能损害蛤类共生藻类或其自身脆弱组织的有害紫外线辐射。
芝加哥大学的进化生物物理学家达科塔·麦考伊(Dakota McCoy)和她的同事进行了显微镜实验,证明贝壳面向太阳的一面允许穿透内部的光合有用光是有害的、破坏 DNA 的紫外线的两倍多。
麦考伊表示,这种滤光能力可能有助于降低漂白的风险,这是一种目前正在影响珊瑚和蛤(序列号:8/7/24)。
计算机模拟进一步表明,类似光纤结构的排列代表了一种进化的权衡,经过微调以平衡外壳的机械强度和有效传输光的能力。
“最后,有人真正解决了这个问题,”科罗拉多大学博尔德分校的进化生物学家李景春说,他研究心蛤和藻类之间的共生关系。
心蛤并不是唯一将阳光引导至共生藻类的。其他海洋生物,例如,也这样做(序列号:2018 年 6 月 22 日)。然而,这些巨大的脊状双壳类动物依靠特殊的细胞吸收有益的阳光,而心蛤则利用其独特的文石结构,其壳紧闭。
德国汉堡莱布尼茨生物多样性变化分析研究所的进化遗传学家莎拉·莱默(Sarah Lemer)没有参与这项研究,她说:“它们利用壳中的矿物质而不是生物结构来做到这一点。” “真的很整洁。”
麦考伊和其他人现在设想利用文石的特性或其复杂的晶格结构来创造具有卓越光学性能的新材料,这可能会彻底改变无线通信技术和先进的测量工具。
他们希望复制的一项品质是文石无需反射涂层即可引导光线的能力。电信电缆需要这种涂层来限制光信号,但文石天然具有其自身的光学遏制功能。
沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的光子学研究员 Boon Ooi 表示:“通过模仿心蛤中发现的成束纤维结构,我们可以开发出增强光收集的系统。”
“这已经融入了数十亿年的产品设计,”麦考伊指出。她说,利用心蛤的外壳设计可能会带来无与伦比的光传输能力——让这些技术的人类最终用户高兴极了。