Учёные из Сколтеха и их коллеги обнаружили сложный механизм управления светом, который, вероятно, используется микроскопическими водорослями для повышения эффективности фотосинтеза.
Изучая взаимодействие света с замысловатыми узорами на оболочках из диоксида кремния, в которых заключены одноклеточные водоросли, команда надеется выявить принципы, которые в конечном итоге можно будет использовать в детекторах света, био- и химических датчиках, защитных покрытиях от ультрафиолетовых лучей, солнечных элементах и других технологиях, вдохновлённых природой, вплоть до систем искусственного фотосинтеза, использующих CO₂ и воду для производства топлива.
Исследование было опубликовано в журнале Optica.
Диатомовые водоросли — чрезвычайно распространённые и хорошо адаптированные микроорганизмы. Они составляют значительную часть фитопланктона, образуя почти половину органического материала, найденного в океанах, и вырабатывая четверть кислорода планеты.
Отличительной чертой диатомовых водорослей является жёсткая клеточная стенка, изготовленная из стекловидного вещества и пронизанная замысловатыми узорами из отверстий, которые водоросли используют для защиты, удаления отходов, поглощения питательных веществ и — как теперь доказано — управления светом для максимально эффективного использования солнечной энергии, достигающей глубин океана, где обитают водоросли.
«Изучая оптические свойства диатомовых водорослей вида Coscinodiscus oculus-iridis, мы показали, что их створки, или внешние оболочки, со сложным узором пор демонстрируют так называемый эффект Талбота», — сказал ведущий автор исследования, доцент Сергей Дьяков из Сколтеха.
«Свет дифрагирует на узоре из отверстий и фокусируется в многочисленных горячих точках внутри оболочки. Хотя мы не думаем, что диатомовые водоросли эволюционировали для создания своих ситовидных оболочек именно для этого, они, безусловно, используют их для повышения эффективности фотосинтеза, возможно, стратегически располагая свои светособирающие хлоропласты».
Команда подтвердила наличие эффекта Талбота с помощью расчётов и планирует подтвердить результаты экспериментом с увеличенной искусственной структурой, имитирующей узор из отверстий на створке.
Старший научный сотрудник Юлияна Цветинович из Skoltech Photonics, соавтор исследования, прокомментировала, какие биомиметические технологии могут выиграть от более глубокого понимания диатомовых водорослей: «По мере того как мы будем лучше понимать свойства створок диатомовых водорослей, некоторые из обнаруженных механизмов, возможно, найдут своё применение в фотонных устройствах, биосенсорах, саморегулирующихся светочувствительных покрытиях и фотовольтаике, возможно, даже в системах искусственного фотосинтеза, которые будут использовать световую энергию и хранить её в виде химического топлива, а не электричества».
Главный исследователь грантового проекта, профессор Дмитрий Горин из Skoltech Photonics, поделился своим мнением о диатомовых водорослях как об объекте исследования: «Диатомовые водоросли — яркий пример ещё одного шедевра природы, который за миллионы лет эволюции сумел создать идеальный объект с точки зрения сочетания оптических и механических свойств».
«Я уверен, что в процессе дальнейшего изучения физико-биохимических свойств диатомовых водорослей мы найдём ещё много интересного».
Предоставлено
Сколковским институтом науки и технологий
Другие новости по теме
- Международный конкурс проверяет инструменты для анализа движения отдельных молекул
- Наблюдение за скатами: впервые используемые метки раскрывают скрытое поведение и места обитания
- Договор на миллиард долларов: Гейтс и Кох объединяются, чтобы «исправить» Америку — но какой ценой? После сокращения федеральных контрактов компания Илона Маска xAI празднует сделку с Пентагоном на 200 миллионов долларов и новый импульс от правительства. У каждого был смартфон до десяти лет: сегодня учёные бьют тревогу
- Система раннего предупреждения может предотвратить проблемы, связанные с корнями уличных деревьев, блокирующими канализационные трубы
- Вредные жуки угрожают любимым дубам Сакраменто
- Исследование связывает употребление кофеина с понижением эффективности антибиотиков у распространённых бактерий
- Могут ли искусственные рифы в озере Мичиган замедлить эрозию и увеличить популяцию рыб?
- Исследование проливает свет на функции ресничек в клетках и их роль в заболеваниях
- Удивительный головной убор у деревьев-прыгунов — это система электрического оповещения, подобная «чувству Спайдермена», и биоэлектрический плащ
- Исследование поддерживает безопасное перемещение людей и животных: картирование экологических коридоров в Орегоне
Другие новости на сайте
- Прощание с летом? «Мгла» и «мусорный» сезоны среди новых времён года Земли из-за изменения климата и загрязнения
- Первый спутниковый анализ компонентов температуры поверхности суши
- Новое исследование показывает, как на самом деле образуется пот
- Новое исследование показывает, как на самом деле образуется пот
- Международный конкурс проверяет инструменты для анализа движения отдельных молекул
- Наблюдение за скатами: впервые используемые метки раскрывают скрытое поведение и места обитания
- Сотни организаций стали жертвами массовых взломов через SharePoint
- Не наносите на зубы уголь и другие мифы о стоматологии
- Участники PS Plus приятно удивлены новой RPG в подписке 🎮✨
- BMW i4 Racing блистает на открытии Super Rally в Румынии