Исследование показывает, как гигантские моллюски используют энергию солнца
Команда исследователей из Пенсильванского университета и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре выяснила, как гигантские двустворчатые моллюски используют свои иридисцентные структуры для процветания, действуя как чрезвычайно эффективные живые «теплицы», выращивающие симбиотические водоросли в качестве источника пищи.
Ключевые участники: Исследование возглавили Элисон Суини (Пенсильванский университет) и Дэниел Морс (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре). Результаты опубликованы в Journal of the Royal Society Interface.
Гипотеза и проблема: В тканях гигантских моллюсков, как и у кораллов, живут симбиотические водоросли. Однако интенсивный солнечный свет на тропических рифах может подавлять фотосинтез водорослей, снижая выработку энергии. Учёные предположили, что иридисцентные клетки (иридоциты) в мантии моллюска помогают оптимизировать свет для водорослей.
Открытие: Более точные срезы тканей показали, что водоросли организованы в вертикальные столбики, над которыми расположен слой иридоцитов. «Столбики ориентированы совершенно неправильно, если нужно ловить солнечный свет. Здесь-то и вступают в дело иридоциты», — поясняет Элисон Суини.
Как это работает:
- Иридоциты рассеивают свет, направляя его конусом вглубь ткани.
- Наиболее полезные для фотосинтеза синий и красный свет рассеиваются шире всего, попадая на боковые стороны столбиков с водорослями.
- Моделирование (с участием специалиста по космической пыли из NASA) и эксперименты с оптоволоконными зондами подтвердили, что свет достигает водорослей под оптимальным углом и с оптимальной интенсивностью.
Результат: «Весь система настроена так, что водоросли поглощают свет именно с той скоростью, при которой они наиболее эффективно используют фотоны», — говорит Суини. Это обеспечивает равномерное и «щадящее» освещение, предотвращая фотоингибирование и позволяя моллюску поддерживать большую популяцию продуктивных водорослей.
Потенциальное применение:
- Фотовольтаика: Подражание микроструктурам иридоцитов может повысить эффективность солнечных панелей без необходимости наноинженерии.
- Биореакторы: Геометрия «столбиков водорослей» под рассеивающим слоем может решить проблему постоянного перемешивания в биореакторах для выращивания биотоплива, сделав их более эффективными.
«Моллюску приходится считать каждый квадратный дюйм с точки зрения эффективности. Точно так же все наши альтернативные [энергетические] технологии очень дороги с точки зрения площади поверхности, поэтому имеет смысл попытаться решить эту проблему так, как это сделала эволюция», — заключает Суини.