Группа учёных из Калифорнийского университета в Ирвайне, совместно с коллегами из Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, исследовала клетки кожи кальмаров и выяснила, как они динамически меняют свой внешний вид — переходят из прозрачного состояния в произвольно окрашенное.
Структура клеток, отвечающих за цвет
Исследователи обнаружили, что в ярко окрашенных тканях мантии кальмаров светоманипулирующие клетки, называемые иридофорами или иридиоцитами, содержат сложенные и извилистые столбцы тромбоцитов из белка под названием рефлектин. Эти столбцы функционируют как отражатели Брейга, которые выборочно пропускают и отражают свет на определённых длинах волн.
Разработка новых материалов
В статье, опубликованной 26 июня в журнале Science, исследователи рассказали, как они вдохновились клетками и их внутренними столбчатыми структурами для разработки мультиспектрального композитного материала с регулируемыми видимыми и инфракрасными свойствами.
«В природе многие животные используют отражатели Брейга для структурной окраски», — сказал соавтор Алон Городецкий, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии Калифорнийского университета в Ирвайне. «Способность кальмара быстро и обратимо переходить из прозрачного в окрашенное состояние поразительна, и мы обнаружили, что клетки, содержащие специализированные внутриклеточные столбчатые структуры с синусоидальным распределением показателя преломления, позволяют кальмару достигать таких результатов».
Методы исследования
Команда использовала голотомографию — метод микроскопии, который сочетает в себе низкоинтенсивный свет с количественной фазовой визуализацией для создания трёхмерных изображений кластеров и отдельных клеток. Прибор напрямую измеряет тонкие сдвиги света, когда он проходит через ткань, и создаёт карту показателя преломления образца, выявляя структурные и биохимические особенности.
«Голотомография использовала высокий показатель преломления белков рефлектина, чтобы выявить наличие синусоидальных распределений показателя преломления в клетках иридофоров кальмаров», — сказал соавтор исследования Георгий Богданов, постдокторант Калифорнийского университета в Ирвайне в области химической и биомолекулярной инженерии. «Тромбоциты, состоящие из белка рефлектина, образуют извилистые столбцы тромбоцитов, которые заполняют внутренние части иридофоров. Эта сложная система управляет оптикой мантии головоногих, а клетки и их внутренние структуры регулируют пропускание и отражение света».
Городецкий сказал, что процесс изучения механизмов, лежащих в основе способности кальмаров манипулировать цветом, вдохновил его команду разработать гибкие и растягивающиеся композитные материалы, меняющие видимый внешний вид, из наностолбчатых синусоидальных отражателей Брейга, а затем дополнительно усилить эти материалы инфракрасными возможностями изменения внешнего вида путём включения наноструктурированных металлических плёнок.