Свет биолюминесценции рассеивается микрокристаллами в теле рыб

Новости МирТесен

Микроскопические кристаллические образования, окружающие светоизлучающие органы глубоководных рыб, – это не только светоотражающие поверхности, но и потенциальная база для создания высокоэффективных оптических систем, имитирующих природные. Около 75% морских обитателей способны к биолюминесценции и располагают специализированными светоизлучающими органами, которые получили название фотофоры. С помощью света они достигают различных целей: привлекают половых партнеров, заманивают добычу или дезориентируют хищников.

У рыб, обладающих биолюминесценцией, присутствуют уникальные кристаллические образования – гуаниновые тельца, которые выполняют важную функцию в процессе свечения. Фотофоры и эти тельца характерны для всех биолюминесцентных рыб, однако их количество, расположение и форма могут существенно отличаться.

В статье, опубликованной в Biointerphases, исследователь из Университета Хиросимы внимательно изучил светоизлучающий орган глубоководной рыбы под названием гоностома (Sigmops gracilis), чтобы выявить слои локализованных гуаниновых пластинок, которые не просто отражают свет — они сложным образом рассеивают его.

«Погружаясь в изучение глубоководных рыб на исследовательском судне, я осознал, что значимые открытия невозможны без непосредственного контакта с объектом исследования, — заявил автор исследования Масакадзу Ивасака. — Этот опыт подтолкнул меня к поиску новых подходов, в частности, к биомиметике, основанной на уникальных явлениях, встречающихся в дикой природе».

Ивасака посвятил изучению кристаллов гуанина у рыб уже два десятилетия. Он предполагает, что эти кристаллы способны выполнять значимую функцию в процессе биолюминесценции.

«По словам Ивасаки, как его собственные наблюдения, так и результаты предшествующих исследований свидетельствуют о том, что кристаллы гуанина способны формировать слои на поверхности фотофоров у некоторых рыб. В рамках данной работы он подтвердил выраженное анизотропное отражение, что означает существенное изменение отражаемого света в зависимости от угла падения. Это позволяет предположить, что кристаллы гуанина выполняют ранее неизвестную функцию в регулировании направления света».

Игольчатые структуры, состоящие из гуанина, которые исследовал Ивасака на рыбе, располагаются вокруг органов свечения. Благодаря своей форме кристаллы гуанина вызывают рассеяние света, когда на них попадают световые лучи.

«В своих первых исследованиях я продемонстрировал, что кристаллы гуанина, содержащиеся в чешуе золотой рыбки, функционируют как микроскопические зеркала, создавая анизотропное отражение света благодаря их небольшой наклонной ориентации, — заявляет Ивасака. — Напротив, кристаллы с вытянутой формой, которые я исследую в настоящее время, проявляют себя скорее как призмы, изменяющие направление света, а не просто отражающие его. Их слоистая структура обладает характеристиками, аналогичными свойствам фотонных кристаллов».

Гуаниновые кристаллы, образующие слоистые структуры, служат образцом для создания биомиметических конструкций, способных не только отражать свет, но и эффективно использовать и преобразовывать рассеянное излучение.

Ивасака применял электромагниты для изучения различных способов расположения кристаллов гуанина, а также воздействовал на них светом, чтобы зафиксировать данные о рассеянии под разными углами. Учитывая, что эти микроскопические структуры находятся в водной среде, полученные результаты могут найти применение при создании имплантируемых биомедицинских устройств.

«По словам Ивасаки, изучение глубоководной рыбы, несмотря на трудности её добычи, представляет большой интерес. Анализ гуанина, содержащегося в разных видах рыб, может предоставить важные данные для биомиметики».

[Фото: Масакадзу Ивасака / Американский институт физики ]