Opalizujące małże mają własne panele słoneczne
W tropikalnych rafach u wybrzeży Palau, łańcucha wysp na wschód od Filipin, żyją na pierwszy rzut oka niczym niewyróżniające się (poza ogromnymi rozmiarami) małże płytkowodne z rodzaju Tridacna. Wystarczy jednak zerknąć na pofalowane wnętrze ukryte między ich dwiema długimi na ponad metr skorupami, by zobaczyć mieniącą się na niebiesko tkankę, w której znajdują się najbardziej wydajne panele słoneczne, z jakimi kiedykolwiek mieli do czynienia naukowcy.
„Fakt, że nikt nie potrafił wyjaśnić, dlaczego te małże opalizują, naprawdę nie dawał mi spokoju” – mówi Alison Sweeney, biofizyczka z Yale University i współautorka pracy. W poprzednich badaniach nad charakterystycznym połyskiem małży Sweeney i jej współpracownicy ustalili, że pomimo imponującej opalizacji mięsiste płaszcze tych stworzeń odbijają zaledwie około 5% promieniowania słonecznego, które na nie pada.
Reszta zostaje zaabsorbowana i w większości skierowana do fotosyntetyzujących alg, które małże hodują w swoich ciałach jako źródło pożywienia. Pochłanianie około 95% padającego światła jest niezwykle silną bazą dla fotosyntezy; lasy lądowe, takie jak na przykład dżungla amazońska, pochłaniają mniej światła, co obniża efektywność ich fotosyntezy już na wstępie. Sweeney i jej zespół ustalili również, że wyspecjalizowane komórki zwane irydocytami, które wyściełają powierzchnię płaszcza, zawierają starannie ułożone w stosy przezroczyste, bogate w białko płytki, które rozpraszają światło, jednocześnie wtłaczając je głębiej do wnętrza małża.
W ramach studium opublikowanego w czasopiśmie „PRX Energy” Sweeney i jej zespół badali rozmieszczenie symbiotycznych alg w organizmie małży, które rezydują w maleńkich zmodyfikowanych rurkach wychodzących z układu pokarmowego. Algi te tworzą charakterystyczną uporządkowaną strukturę w postaci cienkich kolumn, które rozciągają się od każdego irydocytu w głąb organizmu małża. „Małż w zasadzie hoduje je tak, jak gdyby to było pole uprawne” – mówi Sweeney. Glony przemieszczają się również pomiędzy małżami w granulkach wydalanych jako odchody.
Zespół Sweeney sporządził model tego systemu i obliczył, że jego teoretyczna wydajność na pierwszym etapie fotosyntezy, podczas którego chlorofil absorbuje pojedynczy foton, wynosi 43% – ponad dwa razy więcej niż wydajność większości aktualnie stosowanych paneli słonecznych i trzy razy więcej niż w przypadku liści w lesie tropikalnym. Jednak wcześniejsze pomiary tych małży w środowisku naturalnym wskazywały, że ich wydajność jest jeszcze wyższa i przekracza 60%. W ramach nowych badań naukowcy wyjaśnili tę rozbieżność poprzez uwzględnienie pewnej osobliwości zachowania małży – istnieją dowody na to, że modyfikują one powierzchnię płaszcza w ciągu dnia. Ustalono, że pozwala to małżom na dalszą optymalizację ekspozycji na światło słoneczne – umożliwiając im osiągnięcie wydajności około 67%.
Zaciekawieni badacze zaczęli następnie szukać przykładów innych systemów fotosyntezy, które absorbują większość padającego światła, przeglądając zdjęcia satelitarne starodrzewów świerkowych. Sweeney twierdzi, że te obrazy lasów bardzo przypominały jej widok tkanki małży pod mikroskopem. „Jeśli nie znasz skali obrazu, na który patrzysz, z miejsca rzuca ci się w oczy głębokie podobieństwo”, mówi. Podobnie jak irydocyty małży, które rozpraszają światło do wewnątrz ku algom, chmury i mgła w tych lasach rozpraszają światło w dół do poszczególnych drzew, z których każde działa analogicznie jak skupisko alg.
Sweeney ma nadzieję, że wyniki te okażą się przydatne w projektowaniu bioreaktorów wykorzystujących algi, co jest tylko jednym z przykładów na to, jak ewolucja może dostarczyć inspiracji przy rozwiązywaniu zagadnień technicznych.
„Badania systemów biologicznych podpowiadają nam nowe pomysły i strategie, które można potem zastosować w nieoczekiwanych miejscach – mówi Gabriela Schlau-Cohen, chemiczka fizyczna z Massachusetts Institute of Technology, która nie brała udziału w tych nowych badaniach. – Ze względu na skalę kryzysu energetycznego, pożądane są wszelkie możliwe strategie”.
A to oznacza eksplorację świata przyrody z dala od tego, co dobrze znamy, przekonuje Sweeney, która dorastała na Środkowym Zachodzie USA. „Moje pojęcie o tym, czym jest fotosynteza, ukształtowane zostało przez lasy liściaste i pola kukurydzy – a teraz wiem, że są one pod tym względem dość kiepskie – mówi. – To prymitywny małż wskazał kierunek poszukiwań nieszablonowych rozwiązań”.
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.