In una scoperta che offusca il confine tra biologia e tecnologia, gli scienziati hanno scoperto che le vongole a forma di cuore utilizzano strutture simili a fibre ottiche per incanalare la luce solare attraverso i loro gusci più o meno allo stesso modo in cui le società di telecomunicazioni utilizzano la fibra ottica per fornire connettività Internet ad alta velocità. nelle case.
Questa innovazione, il primo esempio conosciuto di fibre ottiche raggruppate in una creatura vivente, aiuta a spiegare come funzionano le cuoriformi (Corculum cardissa) – un bivalve marino che si trova nelle acque poco profonde degli oceani Indiano e Pacifico – sfrutta la luce solare per nutrire le alghe simbiotiche che vivono al suo interno, proteggendole dai dannosi raggi ultravioletti. In cambio, le alghe forniscono alle vongole zuccheri e altri nutrienti essenziali.
La scoperta evidenzia un adattamento evolutivo che è parallelo all’ingegno tecnologico umano e offre potenziali spunti per lo sviluppo futuro di sistemi ottici bioispirati, riferiscono i ricercatori il 19 novembre in Comunicazioni sulla natura.
I cuori di cuore sono piccoli bivalvi delle dimensioni di una noce, conosciuti soprattutto per la loro caratteristica forma a conchiglia. Ma uno sguardo più attento rivela che i gusci sono butterati da “finestre” – minuscole strutture trasparenti che permettono alla luce di passare attraverso.
Questa architettura unica affonda le sue radici nelle proprietà speciali dell’aragonite, una forma cristallina di carbonato di calcio (SN:21/01/03). Questi cristalli di aragonite sono disposti in tubi di dimensioni micron che funzionano come cavi in fibra ottica, guidando la luce con eccezionale precisione, filtrando al contempo le dannose radiazioni ultraviolette che potrebbero danneggiare le alghe simbiotiche delle vongole o i loro delicati tessuti.
La biofisica evoluzionista Dakota McCoy, dell’Università di Chicago, e i suoi colleghi hanno eseguito esperimenti al microscopio dimostrando che il lato del guscio rivolto al sole consente a più del doppio della luce fotosinteticamente utile di penetrare all’interno rispetto alla luce ultravioletta dannosa che danneggia il DNA.
Secondo McCoy, questa capacità di filtraggio della luce probabilmente aiuta a ridurre il rischio di sbiancamento, un fenomeno mortale che colpisce sia i coralli che le vongole e che è attualmente esacerbato dai cambiamenti climatici (SN: 07/08/24).
Le simulazioni al computer hanno inoltre dimostrato che la disposizione delle strutture simili a fibre ottiche rappresenta un compromesso evolutivo, finemente calibrato per bilanciare la resistenza meccanica del guscio con la sua capacità di trasmettere la luce in modo efficiente.
“Finalmente qualcuno ha effettivamente risolto questo problema”, afferma Jingchun Li, un biologo evoluzionista dell’Università del Colorado, Boulder, che studia la relazione simbiotica tra i cardi cardiaci e le loro alghe.
Le vongole del cuore non sono le sole a convogliare la luce solare verso le alghe simbiotiche. Anche altre creature marine, come le vongole giganti, fanno lo stesso (SN: 22/06/18). Ma mentre questi bivalvi massicci e increspati si affidano a cellule specializzate per assorbire la luce solare benefica, i cardi cardiaci, con i loro gusci ben chiusi, sfruttano la loro architettura unica di aragonite.
“Per fare questo utilizzano minerali nei loro gusci e non strutture biologiche”, afferma Sarah Lemer, genetista evoluzionista presso l’Istituto Leibniz per l’analisi dei cambiamenti della biodiversità ad Amburgo, in Germania, che non è stata coinvolta nello studio. “È davvero carino.”
McCoy e altri ora prevedono di sfruttare le proprietà dell’aragonite o le sue intricate strutture reticolari per creare nuovi materiali con prestazioni ottiche superiori, rivoluzionando potenzialmente le tecnologie di comunicazione wireless e gli strumenti di misurazione avanzati.
Una qualità che sperano di replicare è la capacità dell’aragonite di incanalare la luce senza rivestimenti riflettenti. Tali rivestimenti sono necessari sui cavi delle telecomunicazioni per confinare i segnali luminosi, ma l’aragonite possiede naturalmente le proprie caratteristiche di contenimento ottico.
“Imitando le strutture di fibre raggruppate che si trovano nei cuori di cuore, potremmo sviluppare sistemi che offrono una migliore raccolta della luce”, afferma Boon Ooi, ricercatore di fotonica presso l’Università di Scienza e Tecnologia King Abdullah in Arabia Saudita.
“Ci sono voluti miliardi di anni di progettazione del prodotto”, sottolinea McCoy. Sfruttare il design del guscio delle vongole, dice, potrebbe portare a capacità di trasmissione della luce senza pari, lasciando gli utenti finali umani di queste tecnologie felici come vongole.
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