Почему тихоокеанская креветка-чистильщик такая безумно белая

В океане тихоокеанская креветка-чистильщик выделяется из толпы ярко-белой окраской спины и усиками, похожими на усы. Международная группа ученых недавно раскрыла сложную биологическую инженерию этого блестящего белого цвета, опубликовав свои выводы в журнале Nature Photonics.

Как следует из названия, тихоокеанская креветка-чистильщик «чистит» рыбу, поедая паразитов и отмершие ткани с ее кожи. Интенсивная белая окраска ракообразных служит привлекательной рекламой, привлекающей рыбу к взаимовыгодным услугам по уборке.

Яркая окраска тихоокеанской креветки-чистильщика впечатляет вдвойне, учитывая, что она проявляется в условиях освещенности. Вода существенно ограничивает расстояние, на которое могут перемещаться частицы света (фотоны). В пределах первых 10 метров вода поглощает более 50% энергии видимого света. На расстоянии более 200 метров редко бывает сколько-нибудь заметный свет.

Объекты кажутся белыми, когда они отражают весь свет. Но из-за меньшего количества частиц света, отражающихся в океане, трудно получить такой яркий белый цвет. Это означает, что все, что находится в кутикуле (коже) тихоокеанской креветки-чистильщика, должно обладать чрезвычайной светоотражающей способностью.

Он также должен быть чрезвычайно преломляющим — преломляющим свет. Блестящая белизна требует, чтобы объект преломлял свет гораздо сильнее, чем среда, в которой он существует. Воздух не очень преломляющий, а вода – да. Вот почему, когда вы погружаете белый предмет в воду, его цвет тускнеет и кажется почти серым.

Чтобы раскрыть внутреннюю работу белой кутикулы тихоокеанской креветки-чистильщика, группа ученых под руководством доктора Бена Палмера, доцента кафедры химии Университета Бен-Гуриона в Негеве, и его студентки Тали Лемкофф — использовала крио. -сканирующая электронная микроскопия. Это включало глубокую заморозку белых тканей креветки и последующую обработку их сфокусированными лучами электронов. Бомбардировка создает сигналы при взаимодействии с атомами в образце, которые можно преобразовать в удивительно четкое наноизображение.

То, что они увидели на этих изображениях, было поистине выдающейся биоинженерией. В клетках креветки были упакованы сферические частицы шириной около 300 нанометров, каждая из которых содержала стопки молекул, организованных в спицы, почти как велосипед. Такое расположение позволяет преодолеть явление, называемое оптической скученностью, когда светоотражающая способность падает, когда светорассеивающие структуры расположены слишком плотно. Если вы пытались рассеять свет (таким образом создавая белый цвет), трудно придумать более эффективный дизайн.

«Креветки преодолели, казалось бы, фундаментальное препятствие в оптике, создав частицы с особым расположением молекул», — заявил доктор Палмер в своем заявлении. «Теперь вопрос в том, как мы можем воспроизвести этот эффект для создания новых материалов, которые мы могли бы использовать в качестве пищевых добавок в белом хлебе, белой краске и других продуктах?»

Палмер планирует заменить диоксид титана, отбеливающий агент, органическим соединением, вдохновленным тихоокеанскими креветками-чистильщиками. Диоксид титана используется в ряде пищевых продуктов, а также в косметике и красках. В августе 2022 года он был запрещен в Европейском Союзе из-за опасений, что он может вызвать рак, но FDA по-прежнему разрешает его в США. Научные данные свидетельствуют о том, что диоксид титана не представляет никакого вреда даже в чрезвычайно низких количествах, в которых он используется.

Дидерик С. Виерсма, физик, специализирующийся на спектроскопии из Флорентийского университета, предложил еще одно потенциальное применение точки зрения, опубликованной одновременно с недавним исследованием.

«Можно представить себе разработку нового солнцезащитного крема для людей, который защищает кожу от УФ-излучения и одновременно обеспечивает приятный охлаждающий эффект».