Подводная нанотехнология: найдены водоросли с "опаловыми" свойствами

Вид Cystoseira tamariscifolia, больше известный как "радужные водоросли", обладает уникальными "опаловыми" свойствами, но проявляются они только при низком освещении.

Вид Cystoseira tamariscifolia, больше известный как "радужные водоросли", обладает уникальными "опаловыми" свойствами, но проявляются они только при низком освещении.
Фото Lopez-Garcia et al./Science Advances.

Наносферы, которые собираются в упорядоченные светоотражающие структуры, представляют собой крошечные капельки липидов.

Наносферы, которые собираются в упорядоченные светоотражающие структуры, представляют собой крошечные капельки липидов.
Фото Lopez-Garcia et al./Science Advances.

Вид Cystoseira tamariscifolia, больше известный как "радужные водоросли", обладает уникальными "опаловыми" свойствами, но проявляются они только при низком освещении.
Наносферы, которые собираются в упорядоченные светоотражающие структуры, представляют собой крошечные капельки липидов.

Драгоценный и полудрагоценный опал тысячелетиями ценится, в первую очередь, за удивительные переливы. За счёт уникальной структуры и люминесцентных свойств этот минералоид (аморфный кремнезём) способен блестеть самыми различными цветами, а для благородных опалов характерен радужный перелив – опалесценция.

Но, как выяснилось, не только минералы могут образовывать такие мерцающие структуры. Команда из Университета Бристоля (Великобритания) обнаружила необычные "опаловые" водоросли.

Речь идёт о виде Cystoseira tamariscifolia из класса бурых водорослей. Впрочем, этот вид больше известен как "радужные водоросли". Они встречаются на побережье Великобритании и других стран Европы.

Во время отлива, оказываясь под солнечными лучами, эти водоросли приобретают неприметный тёмно-оливковый цвет, зато по время прилива, находясь в толще воды, где свет уже не столь яркий, они начинают переливаться различными сине-зелёными оттенками.

Как выяснилось, обеспечивается такое явление за счёт крошечных внутриклеточных сфер, заполненных липидами. Эти своеобразные микрокапсулы контролируют отражение света от клеток, наполненных хлоропластами – зелёными органеллами, содержащими хлорофилл и отвечающими за фотосинтез.

Наносферы, которые собираются в упорядоченные светоотражающие структуры, представляют собой крошечные капельки липидов.

Но на этом сюрпризы не заканчиваются: при более тщательном изучении водорослей специалисты обнаружили, что те способны "включать" и "выключать" самосборку, создавая структуры, реагирующие на солнечный свет и очень напоминающие опалы.

Если говорить о минералах, подобные структуры возникают из наноразмерных сфер, которые плотно и регулярно "упакованы" и имеют характерные оптические свойства – отражают волны света различных длин, поясняют исследователи. При этом опалесценцию обеспечивают стеклянные структуры, сформированные глубоко в недрах земли из кремнезёма, поясняют авторы.

У C. tamariscifolia по сути наблюдается то же самое, с той лишь разницей, что их наносферы представляют собой крошечные капельки липидов, производимых самой водорослью. Из них получается что-то вроде природных фотонных кристаллов (как, например, у хамелеонов).

Руководители исследовательской группы Хизер Уитни (Heather Whitney) и Рут Олтон (Ruth Oulton) признаются, что не могут пока что понять, каким образом запускается самосборка липидных сфер в упорядоченные структуры, которые реагируют на солнечный свет и создают "опаловые" переливы.

Ещё более любопытно, что C. tamariscifolia может осуществлять динамичную самосборку межклеточных фотонных кристаллов в течение нескольких часов. Когда водоросль находится под водой, при неярком освещении, из разрозненного состояния наносферы постепенно выстраиваются в упорядоченную "опаловую" структуру, то есть отражающую свет.

Авторы отмечают, что теперь крайне важно понять, какие же механизмы лежат в основе такой необычной способности. Это открытие можно использовать при создании биоразлагаемых упаковочных материалов, а также более эффективных солнечных батарей.

Научная статья с более подробным описанием работы была опубликована в издании Science Advances.

Напомним, что водоросли сегодня используются для производства биотоплива, изготовления аккумуляторов и сверхпроводников, а также для создания вакцин нового поколения.