Водоросли, растущие вдоль побережий по всему миру, могут вдохновить на создание новых материалов. Миллионы лет эволюции сформировали механизмы управления светом и цветом у водорослей, что может предложить дизайнерам новые подходы.
Водоросли — важная часть экосистем и рациона людей по всему миру. Возможно, однажды они будут питать ваш дом.
Красные водоросли — одни из древнейших многоклеточных организмов на Земле. Их предки появились около 1,6 миллиарда лет назад. За это время они эволюционировали во множество различных форм — от кальцинированных водорослей, похожих на подводный лишайник, до более длинных и плавных форм.
Изучая эволюционный путь этих водорослей, учёные могут найти новые способы решения некоторых из самых серьёзных проблем в мире. Эта область исследований, известная как биомиметика, применялась ко всему: от бабочек до электрических угрей. Теперь настала очередь водорослей.
Марго Арнульд-Петре, одна из наших аспирантов, была ведущим автором обзора, в котором рассматривалось, как структурные цвета водорослей могут привести к новым открытиям. Она сказала, что биомимикрия водорослей может помочь инженерам во многих отраслях, включая зелёную энергетику.
«Большинство солнечных панелей преобразуют около четверти получаемого света в электричество, что хорошо, но они могут быть более эффективными, — объясняет Марго. — Имитируя способы поглощения и улавливания света водорослями, мы можем найти новые способы усовершенствования этих устройств».
«Я также могу представить, как эти свойства водорослей вдохновят на создание тканей, устойчивых к ультрафиолетовому излучению, красок и других материалов. Красные водоросли могут использовать свою клеточную структуру и содержимое для защиты от солнца, поэтому изучение этих свойств может открыть новые возможности для биомимикрии», — добавила она.
Результаты исследования были опубликованы в Journal of the Royal Society Interface.
Несмотря на своё название, не все красные водоросли на самом деле красные. Они могут быть разных цветов — от зелёного и синего до фиолетового и коричневого.
Частично общий цвет обусловлен пигментом водорослей, но остальное зависит от их структуры. Обычно структурный цвет вызван тем, как свет взаимодействует с поверхностью организма на наноскопическом уровне, например, в блестящих разноцветных перьях многих райских птиц.
Известно, что красные водоросли имеют структурные цвета, которые создают переливчатые эффекты, но это явление недостаточно изучено. Его мимолетная природа и зависимость от правильных условий окружающей среды означают, что большинство учёных отмечали его, но не углублялись в изучение.
Марго и её соавторы решили изменить это, просмотрев более чем вековую историю исследований, чтобы узнать всё возможное о структурном цвете красных водорослей. Они обнаружили два типа структурного цвета у красных водорослей: один развивается внутри клеток организмов, а другой формируется снаружи.
«Один из типов структурного цвета вызван наноструктурированными органеллами, — объясняет Марго. — Это небольшие внутриклеточные структуры, упакованные внутри клетки, которые могут быть сферическими или более вытянутыми в зависимости от водоросли».
«Эти структуры рассеивают свет, создавая разные оттенки в зависимости от их расположения. Мы пока не совсем уверены, как они эволюционировали, но мы надеемся узнать больше», — добавила она.
Другой тип структурного цвета, который они обнаружили, находится в «многослойниках». Слои с более низкой и высокой плотностью в наружной кутикуле водорослей отражают и преломляют световые волны и придают водорослям металлический синий оттенок.
Вы могли видеть это сами в ирландском мхе — типе водорослей, обитающих на скалистых побережьях Атлантического океана в Европе и Северной Америке.
Красные водоросли используют свой структурный цвет для различных целей, которые помогли им адаптироваться к жизни в океанах. Одна из основных целей — защита от избыточного солнечного света. Хотя водорослям необходимо определённое количество солнечного света для фотосинтеза, слишком много повреждает их клетки и может убить их.
На стадии размножения ирландского мха структурный цвет на его поверхности помогает рассеивать световые волны с более высокой энергией, прежде чем они смогут проникнуть внутрь клеток. Это гарантирует, что ДНК водорослей защищена, и они могут размножаться, не передавая генетические повреждения следующему поколению.
Однако другие водоросли могут делать обратное. Хотя экспериментальные доказательства в настоящее время отсутствуют, некоторые исследования показывают, что водоросли, живущие в условиях низкой освещённости, могут использовать свой структурный цвет для направления света непосредственно в свои клетки, чтобы повысить уровень фотосинтеза.
Цвета также могут использоваться для отпугивания потенциальных хищников, как это, по-видимому, происходит в Asparagopsis taxiformis. Считается, что синие кончики у водорослей являются предупреждением о ядовитых химических веществах, которые они содержат, подобно тому, как это делают ядовитые древолазы или синекольчатые осьминоги, рекламирующие свои смертельные токсины.
Некоторые красные водоросли вообще не имеют структурного цвета. Либо эти виды утратили способность производить структурный цвет, либо он у них никогда не развивался.
Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо получить гораздо более чёткое представление обо всех водорослях, а не только о красных. Марго надеется, что текущие проекты, поддерживающие исследования этих водорослей, начнут предлагать учёным новые возможности.
«Мы ещё многого не знаем о водорослях, и нам нужно, чтобы больше людей занялось их изучением, — говорит Марго. — Таксономия многих семейств водорослей очень неопределённа, поэтому в настоящее время трудно связать их эволюцию с такими особенностями, как структурный цвет».
«Однако потенциал для новых открытий огромен. Мы знаем, что у зелёных водорослей, например, механизмы структурного цвета сильно отличаются от красных. Это может предложить дополнительные пути изучения биомимикрии у этих организмов», — заключила она.
Предоставлено Natural History Museum.
Другие новости по теме
- Саранча обрабатывает запахи и феромоны, минуя классический молекулярный путь, — говорится в исследовании.
- Включение и выключение болезней: как генный переключатель может помочь в борьбе с бактериальными инфекциями
- Регулируемая высота микроканала повышает чувствительность импедансной проточной цитометрии
- Одуванчики контролируют распространение своих семян за счёт асимметричного прикрепления, выяснили учёные.
- Самые гибкие конечности в царстве животных — это руки осьминога
- Осьминоги для каждой задачи выставляют свою лучшую «руку» вперёд.
- Исследование использования пестицидов и их остатков в ЕС
- Повышение температуры рек на Аляске угрожает популяции чавычи и продовольственной безопасности коренных народов
- Вторжение чужеродных растений стремительно меняет тропические экосистемы трёх континентов
- В Уэльсе идентифицировали нового динозавра из музейного ящика
Другие новости на сайте
- Когда мода на экологичность оборачивается ударом по окружающей среде
- Мощное извержение 74 000 лет назад повлияло на всю планету: вулканическое стекло может рассказать, как люди выжили.
- Жук-матадор использует «красные флаги», чтобы отпугнуть хищников
- Инвесторы удваивают ставки в Ethereum, поскольку активность стейкинга резко возросла — вот сколько это стоит
- Саранча обрабатывает запахи и феромоны, минуя классический молекулярный путь, — говорится в исследовании.
- От пабов до ресторанов: исследование показывает, что социальная жизнь в Британии меняется
- Включение и выключение болезней: как генный переключатель может помочь в борьбе с бактериальными инфекциями
- Что нам рассказывает 3I/ATLAS о других солнечных системах?
- 🎮🔥 УЖАСЫ С ВРЕМЕННОЙ ПЕТЛЁЙ: DEAD RESET ОТ WALES INTERACTIVE ВЫХОДИТ СЕГОДНЯ НА PS5! 🔄💀
- 🚨 Что вы думаете о новом расширении Destiny 2 в стиле «Звездных войн»? 🚨