دانشمندان مؤسسه علم و فناوری اسکولتک (Skoltech) و همکارانشان از یک راز شگفتانگیز در دنیای میکروسکوپی پرده برداشتند:
مکانیزمی پیچیده برای کنترل و هدایت نور که جلبکهای میکروسکوپی احتمالاً از آن برای افزایش کارایی فتوسنتز خود استفاده میکنند.
این کشف که در ژورنال معتبر Optica منتشر شده است، میتواند راه را برای نوآوریهای چشمگیر در فناوریهای آینده هموار کند.
پژوهشگران با بررسی تعامل نور با پوستههای سیلیکونی این جلبکهای تکسلولی که با الگوهایی بینهایت دقیق آراسته شدهاند، به دنبال اصولی هستند که میتواند در طیف وسیعی از فناوریها به کار گرفته شود؛ از حسگرهای نوری، زیستی و شیمیایی گرفته تا پوششهای محافظ در برابر پرتو فرابنفش، سلولهای خورشیدی کارآمدتر و حتی سیستمهای فتوسنتز مصنوعی که دیاکسید کربن و آب را به سوخت پاک تبدیل میکنند.
قهرمانان نامرئی اقیانوسها
جلبکهای دیاتوم (Diatom)، این موجودات میکروسکوپی، از سازگارترین و گستردهترین ارگانیسمهای روی زمین هستند.
آنها بخش عظیمی از فیتوپلانکتونهای اقیانوسی را تشکیل میدهند و نقشی حیاتی در سلامت سیاره ما ایفا میکنند:
تولید نیمی از مواد آلی در اقیانوسها و حدود یکچهارم کل اکسیژن زمین به لطف وجود آنهاست.
ویژگی منحصربهفرد دیاتومها، دیواره سلولی سخت و شیشهمانند آنهاست که با الگوهایی خیرهکننده از منافذ پوشیده شده است.
این ساختار که “فرستول” (Frustule) نام دارد، تنها یک زره محافظ نیست؛ بلکه سیستمی چندمنظوره برای دفع مواد زائد، جذب مواد مغذی و از همه مهمتر، یک ابزار نوری پیشرفته برای مدیریت نور خورشید و افزایش بهرهوری انرژی در اعماق آبها به شمار میرود.
افشای یک پدیده نوری شگفتانگیز
دکتر سرگئی دیاکوف، دانشیار فیزیک در اسکولتک و نویسنده اصلی این پژوهش، توضیح میدهد:
«ما با مطالعه گونهای از دیاتومها به نام Coscinodiscus oculus-iridis، ویژگیهای نوری شگفتانگیز پوسته آنها را بررسی کردیم. دریافتیم که این پوستهها با الگوی پیچیده منافذ خود، پدیدهای فیزیکی موسوم به “اثر تالبوت” (Talbot effect) را به نمایش میگذارند.»
او میافزاید:
«نور پس از عبور از این شبکه منافذ، دچار پراش شده و در نقاط کانونی متعددی در داخل سلول متمرکز میشود. اگرچه شاید این ساختار بهطور خاص برای این هدف تکامل نیافته باشد، اما به نظر میرسد دیاتومها با قرار دادن هوشمندانه کلروپلاستهای خود در این نقاط پرنور، از این پدیده برای افزایش بازده فتوسنتز بهرهبرداری میکنند.»
تیم تحقیقاتی این یافتهها را با محاسبات نظری تأیید کرده و اکنون در حال طراحی آزمایشی برای مشاهده مستقیم این اثر با استفاده از یک ساختار مصنوعی بزرگنماییشده است که الگوی منافذ دیاتوم را تقلید میکند.
از طبیعت تا فناوریهای نوین
دکتر یولیانا چویتینوویچ، پژوهشگر ارشد در دپارتمان فوتونیک اسکولتک، به کاربردهای الهامگرفته از این کشف اشاره میکند:
«با درک عمیقتر ویژگیهای فرستول دیاتومها، میتوانیم از این مکانیزمهای طبیعی در طراحی ابزارهای فوتونیکی نوین، حسگرهای زیستی، پوششهای هوشمند حساس به نور و سلولهای خورشیدی استفاده کنیم. حتی میتوانیم به توسعه سیستمهای فتوسنتز مصنوعی فکر کنیم که انرژی نور را به جای برق، به شکل سوخت شیمیایی ذخیره میکنند.»
استاد دیمیتری گورین، محقق اصلی این پروژه، در پایان میگوید:
«دیاتومها نمونهای بینظیر از شاهکارهای مهندسی طبیعت هستند که در طی میلیونها سال تکامل، ساختاری با ویژگیهای نوری و مکانیکی بیعیبونقص خلق کردهاند. من اطمینان دارم که با ادامه پژوهشها بر روی ویژگیهای فیزیکی و بیوشیمیایی این جلبکها، در آستانه کشفیات هیجانانگیزتری قرار داریم.»
با کلیک بر روی آیکون های زیر ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.
