Ściągawka

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Przyroda często inspiruje technikę. Przykładem są hydrofobowe i bakteriobójcze właściwości skrzydeł cykad. Odtworzenie ich właściwości pozwoliłoby na udoskonalenie wielu produktów. Podejmowane w tym celu badania nie wyjaśniały zagadki od dawna intrygującej naukowców, ponieważ stosowane metody powodowały usunięcie zewnętrznej powłoki, a często również naruszenie struktury skrzydeł. Dopiero niedawno udało się prześledzić układ kolejnych warstw tworzonych przez różne substancje, ujawniając przy tym skomplikowaną współzależność między strukturą a właściwościami chemicznymi.

Badacze zajęli się dwoma gatunkami cykad, których skrzydła pokrywają wysoce uporządkowane struktury złożone z malutkich stożkowatych obiektów zwanych nanosłupkami. Z wcześniejszych prac wynikało, że nanosłupki odgrywają ważną rolę w strząsaniu przez owada wody ze skrzydeł i uśmiercaniu pojawiających się mikroorganizmów.

Jessica Kustas, chemiczka analityczka z Sandia National Laboratories i współautorka publikacji, która ukazała się w kwietniu (2020) w czasopiśmie „Advanced Materials Interfaces”, wyjaśnia, że zespół, dążąc do uniknięcia uszkodzeń badanego obiektu, po raz pierwszy zastosował do owadzich skrzydeł technikę znaną jako ekstrakcja z udziałem mikrofal. Polega ona na podgrzewaniu i oziębianiu skrzydeł zanurzonych w mieszance chloroformu oraz metanolu i stałym analizowaniu związków chemicznych wydzielanych z kolejnych warstw. „Musieliśmy całe dnie spędzać na stanowisku przy źródle mikrofal z timerem i komputerem” – relacjonuje.

W przypadku obydwu gatunków cykady badacze stwierdzili, że chemiczny makijaż nanosłupków jest ważny dla utrzymania strukturalnej integralności. „Kiedy usunie się zewnętrzne warstwy [związków chemicznych] z powierzchni nanosłupków, stają się one krótsze i zaczynają się ku sobie zaginać” – wyjaśnia Marianne Alleyne, biolożka z University of Illinois w Urbana-Champaign i współautorka pracy.

U pojawiających się corocznie cykad Neotibicen pruinosus ten efekt więdnięcia jest silniejszy, co sprawia, że początkowo skrzydła wykazują mniejszą hydrofobowość (chociaż później odzyskiwały część tej właściwości w miarę usuwania większej ilości związków chemicznych.) Właściwości bakatriobójcze rzeczywiście wzrastały po usunięciu pierwszych warstw, aby ponownie zmaleć wraz z usunięciem kolejnych substancji. Badacze stwierdzili, że w przypadku cykady Magicicada cassinii, pojawiającej się co 17 lat, nanosłupki na skrzydłach są krótsze, ale pokryte substancjami, które same w sobie są bakteriobójcze, co wskazuje, że ten gatunek w walce z drobnoustrojami polega w większym stopniu na właściwościach chemicznych niż strukturalnych.

„Jest oczywiste [...], że różne warstwy pełnią różne funkcje – wyjaśnia Terry Gullion, chemik fizyczny z West Virginia University, który nie uczestniczył w badaniach – a więc możliwość selektywnego badania warstw jest bardzo ważna dla uzyskania lepszego rozumienia relacji między właściwościami fizycznymi skrzydeł a chemicznym pokryciem.”

Wyjaśnienie, jak związki chemiczne wpływają (albo nie) na strukturę, może pomoc naukowcom w opracowaniu lepszych produktów. „Mając wiedzę na temat współzależności struktury i właściwości chemicznych – wyjaśnia Alleyne – moglibyśmy, na podstawie wskazówek znalezionych w przyrodzie, lepiej projektować nowe materiały, wybierając kombinację cech strukturalnych i chemicznych”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.