科學新發現:雞心蛤身負天然光纖結構,有助未來仿生光學與無線通訊新發展

作者 | 發布日期 2024 年 11 月 25 日 8:30 | 分類 光電科技 , 材料 , 生物科技 line share Linkedin share follow us in feedly line share
科學新發現:雞心蛤身負天然光纖結構,有助未來仿生光學與無線通訊新發展

分布於印度洋與太平洋淺水域的雞心蛤(Corculum cardissa)讓人一眼就留下深刻印象的莫過於心形狀的奇特外型。如今科學家進一步發現,它們還擁有十分特殊的內在結構,其導光方式就和電信公司透過光纖提供高速連網的原理非常相似。 

研究人員於 11 月 19 日在《自然通訊》(Nature Communications)期刊發表了相關研究報告。這是目前生物體存在光纖束的首次發現,報告中闡述了雞心蛤如何利用陽光滋養生活在牠們體內的共生藻類,同時保護藻類免受有害紫外線的侵害。做為回報,這些藻類為蛤蜊提供糖分及其他必需營養素。

研究人員在報告中特別強調道,這一發現突顯了與人類技術獨創性相媲美的進化適應,同時為未來發展仿生光學系統(bioinspired optical system)提供了潛在可能性的洞見。

天然排列出類光纖結構,外殼強度與透光能力的完美平衡

最令研究人員感到奇特的是,雞心蛤的貝殼表面布滿了許多「窗口」,它們是可讓光線穿透的微小透明結構。一種碳酸鈣的結晶形式,亦即霰石(aragonite)的特殊性質造就了這種獨特的結構。霰石晶體排列成微米級管狀結構,功能如同光纖電纜,能夠極為精準地引導光線,同時過濾掉可能傷害共生藻類或蛤蜊自身脆弱組織的有害紫外線。

芝加哥大學的進化生物物理學家 Dakota McCoy 與其同事進行顯微鏡實驗發現,貝殼向陽的一面能讓超過兩倍於有害 DNA 破壞性紫外線的有益光線穿透,這些光對光合作用特別有幫助。

McCoy 指出,這種濾光能力可能有助於降低白化的風險。白化是一種會對珊瑚和蛤蜊造成影響的致命現象,目前正因氣候變遷而加劇。

電腦模擬進一步證明,這些類光纖結構的排列是一種進化上的權衡,精細調整了貝殼外殼機械強度與其有效透光能力之間的平衡。

利用雞心蛤霰石屬性及光纖束結構,開發出增強光收集能力的光通訊系統

McCoy 和其他研究人員如今設想利用霰石屬性或其精密的晶格結構,開發出具備卓越光學效能的新材料,這有望徹底改變無線通訊技術和先進測量工具。他們希望複製的一項特性是,霰石無需反射塗層就能導光的能力。目前,電信光纖需要反射塗層來限制光信號的傳輸,而霰石則天然具有光學束縛的特性。

該研究將揭開最令人期待的可能性,亦即透過模仿雞心蛤中發現的光纖束結構,未來有望開發出增強光收集能力的通訊系統,帶來無與倫比的光傳輸能力。

(首圖來源:Jan Delsing, Public domain, via Wikimedia Commons)

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