Структурная окраска красных водорослей может повысить эффективность солнечных панелей
Исследование структурной окраски красных водорослей, существующих около 1.6 миллиардов лет, может привести к новым открытиям в области биомиметики. Эти природные механизмы управления светом способны вдохновить на создание более эффективных солнечных панелей и новых материалов.
Ключевые выводы исследования:
- Низкая эффективность солнечных панелей: Современные панели преобразуют в электричество лишь около четверти получаемого света.
- Потенциал водорослей: Изучение того, как водоросли поглощают и улавливают свет, может подсказать пути улучшения этих устройств.
- Другие применения: Свойства водорослей также могут привести к созданию устойчивых к ультрафиолету тканей, красок и других материалов.
Исследование, проведенное под руководством аспирантки Марго Арну-Петре, было опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.
Природа структурной окраски красных водорослей
Красные водоросли (Rhodophyta) могут иметь различные цвета — от зеленого и синего до пурпурного и коричневого. Часть окраски обеспечивается пигментами, а часть — структурным цветом, возникающим из-за взаимодействия света с поверхностью организма на наноскопическом уровне.
В ходе обзора более чем столетних исследований были выявлены два типа структурной окраски у красных водорослей:
- Внутриклеточная: Вызвана наноструктурированными органеллами (сферическими или удлиненными) внутри клетки, которые рассеивают свет.
- Внешняя («многослойная»): Расположена в наружной кутикуле водоросли, где слои разной плотности отражают и преломляют свет, создавая металлический синий блеск (например, у ирландского мха, Chondrus crispus).
Функции структурного цвета
Эволюция наделила красные водоросли структурной окраской для решения ключевых задач выживания:
- Защита от избыточного света: Например, у ирландского мха во время репродуктивной стадии внешний структурный цвет рассеивает высокоэнергетические волны света, защищая ДНК от повреждений.
- Усиление фотосинтеза (гипотеза): Водоросли в условиях низкой освещенности, возможно, используют структурный цвет для «воронки» света прямо к клеткам.
- Отпугивание хищников: Синие кончики водоросли Asparagopsis taxiformis, вероятно, служат предупреждением о содержащихся в ней ядовитых химических веществах.
Будущее исследований
Многие вопросы остаются открытыми. Таксономия многих семейств водорослей неопределенна, что затрудняет связь их эволюции с такими признаками, как структурный цвет. Кроме того, зеленые водоросли имеют механизмы структурной окраски, отличные от красных, что открывает дополнительные пути для исследований в области биомиметики.
«О водорослях мы еще многого не знаем, и нам нужно больше людей, которые будут их изучать. Однако потенциал для новых открытий огромен», — заключает Марго Арну-Петре.