Venuksen sydänsimpukat (Corculum cardissa), pieniä kaksisiipisiä äyriäisiä, jotka elävät Indo-Tyynenmeren trooppisissa vesissä, omaavat hämmästyttävän erityispiirteen: ne suojaavat fotosynteettisiä leväkasveja kuorensa alla. Vastineeksi tästä suojasta levät tarjoavat äyriäisille elintärkeitä ravinteita. Mutta miten valo pääsee näihin leväkasveihin, kun kuori pysyy suljettuna? Tutkijat ovat vihdoin ratkaisseet tämän mysteerin.
a) Linssien kärjet ovat litistyneet.
b) Kuoren poikkileikkaus paljastaa aragonittilinssit, joiden halkaisija on noin 750 μm, ja jotka vaihtelevat muodoltaan ja kooltaan kuorien mukaan.
c–e) 3D-kuvat linsseistä alhaalta päin, jotka näyttävät koko- ja muotovaihteluita.
f–h) Sivunäkymät linsseistä, joissa näkyvät litistyneet huiput.
i–k) Optiset simulaatiot, jotka osoittavat, että linssit keskittyvät valon paralleeliin säteeseen (aallonpituus 625 nm).
b) Kuoren poikkileikkaus paljastaa aragonittilinssit, joiden halkaisija on noin 750 μm, ja jotka vaihtelevat muodoltaan ja kooltaan kuorien mukaan.
c–e) 3D-kuvat linsseistä alhaalta päin, jotka näyttävät koko- ja muotovaihteluita.
f–h) Sivunäkymät linsseistä, joissa näkyvät litistyneet huiput.
i–k) Optiset simulaatiot, jotka osoittavat, että linssit keskittyvät valon paralleeliin säteeseen (aallonpituus 625 nm).
Sydänsimpukoiden kuorissa on pieniä läpinäkyviä ikkunoita, jotka koostuvat aragonitista, mineraalista, jolla on poikkeuksellisia ominaisuuksia. Nämä rakenteet, jotka on kohdistettu hämmästyttävän tarkasti, toimivat valon kanavina. Tutkiessaan tätä ilmiötä tutkijat havaitsivat, että aragonitti siirtää tiettyjä aallonpituuksia optimaalisesti.
Tarkemmin sanottuna nämä luonnolliset kuidut päästävät läpi fotosynteesiin hyödyllistä valoa samalla kun ne estävät haitalliset ultraviolettisäteet. Kaksoissuorituskyky: suojata levät geneettisiltä vaurioilta samalla kun tarjotaan tarvittavaa valoa niiden kasvuun. Dakota McCoy Chicagon yliopistosta vertaa tätä toimintoa biologiseen aurinkosuodattimeen, erittäin kehittyneeseen suojajärjestelmään.
Tutkiakseen näitä ikkunoita tutkijat käyttivät elektronimikroskooppeja ja lasereita. He havaitsivat, että näiden aukkojen alla piilee vielä yllättävämpiä rakenteita: pieniä ulkonemia, jotka toimivat linsseinä. Niiden tehtävä? Keskittyä valo tarkaksi säteeksi, joka tunkeutuu syvälle kuoreen, saavuttaen symbioottiset levät.
Aragonitti, jota käytetään täällä ultrahienojen kuitujen muodossa, erottuu tehokkuudestaan valon siirtämisessä, jopa ilman keinotekoisten kuituoptisten eristeiden apua. Dakota McCoy uskoo, että tämä järjestelmä voisi inspiroida teknologisia innovaatioita optisten kaapeleiden suunnittelussa, samalla kun se vähentää valmistuskustannuksia.
Ajatus elävän luonnon inspiroimisesta teknologisissa edistysaskelissa ei ole uusi. Aikaisemmin tutkijat olivat jo tarkastelleet ostereita luodakseen kestävämpää ja joustavampaa lasia. Sydänsimpukat tarjoavat uuden polun, jossa biologia ja optiikka yhdistyvät harmonisesti.
Ihminen voisi jäljitellä näitä luonnollisia rakenteita suunnitellessaan optisia järjestelmiä, jotka pystyvät kuljettamaan valoa pitkiä matkoja, jopa huonoissa olosuhteissa. Tämä on lisäto証itus siitä, että luonto, miljoonien vuosien evoluution myötä, on yhä loppumaton inspiraation lähde.
Kuinka äyriäisten kuoret kanavoivat valoa?
Joidenkin äyriäisten, kuten Venuksen sydänsimpukoiden, kuoret sisältävät luonnollisia rakenteita, jotka pystyvät ohjaamaan valoa. Ne koostuvat aragonitista, kalsiumkarbonaatin kiteisestä muodosta, ja nämä kuidut toimivat samalla tavalla kuin kuituoptiset kaapelit.Nämä ohuet kuidut, jotka on kohdistettu tarkasti, siirtävät erityisesti fotosynteettisten symbioottisten levien hyödyllistä valoa. Ne estävät haitalliset ultraviolettisäteet samalla kun ne päästävät läpi sinisen ja punaisen spektrin. Tämä suodatus takaa suojan samalla kun optimoi siirretyn valon energian.
Aragonitilla kuorissa on ainutlaatuisia ominaisuuksia: se kanavoi valoa ilman suojaavaa pinnoitetta. Tämä luonnollisesti optimoitu materiaali inspiroi nykyään tutkimusta suunnittelemaan tehokkaampia, edullisempia optisia kaapeleita, jotka pystyvät siirtämään valoa pitkiä matkoja.