Krebstiere verwenden ein photonisches Glas aus Kristall-Nanokugeln, um ihre Augen zu bedecken. sie können sich effektiv tarnen, indem sie ihre Farbe ändern. Tiefseebewohner wie Quallen, Tintenfische und Garnelen haben Körper, die so lichtdurchlässig sind, dass Raubtiere sie kaum bemerken. Da Lebewesen normalerweise Augenpigmente bewahren müssen, die sie erkennbar machen würden, um ein funktionelles Sehen zu haben, sind ihre Augen ein Element, das ihre Anwesenheit in ihrem Körper offenbaren kann. Forscher haben nun eine Methode für Krebstiere entdeckt, um dieses Problem zu umgehen: Sie beschichten das Pigment mit einem refraktiven photonischen Glas aus kristallinen Nanokugeln.
Organismen können die Durchmesser der Nanosphären anpassen, um die trübe Umgebung genau widerzuspiegeln.
Um verborgen zu bleiben, können Tiere die Durchmesser der Nanokugeln anpassen, um die trüben Blau-, Gelb- und Grüntöne von tiefem Wasser genau wiederzugeben.
Für ihre Studie untersuchten Keshet Shavit von der israelischen Ben-Gurion-Universität des Negev und Kollegen die Augen einer riesigen Süßwassergarnele, Macrobrachium rosenbergii, sowie einer großen Anzahl von Krebstierlarven, darunter Garnelen-, Hummer- und Krabbenlarven. Alle untersuchten Tiere hatten durchsichtige Körper und lebhaft gefärbte Augen. Um die Augen jeder Kreatur einzufrieren, verwendeten die Wissenschaftler eine bekannte Flash-Freezing-Technik, die die Augenstruktur bewahrt, und teilten dann jedes Auge in zwei Hälften, um Zugang zu den inneren Strukturen zu erhalten.
Rasterelektronenmikroskop
Die kryogene Rasterelektronenmikroskopie, eine Methode, die eine hochauflösende Abbildung von Proben bei extrem niedrigen Temperaturen ermöglicht, wurde dann verwendet, um die Proben zu betrachten.
Die Wissenschaftler entdeckten eine 3 m dicke Kugelschicht mit einem Durchmesser von mehreren hundert nm, die in den Augen der von ihnen untersuchten Organismen eingeschlossen war. Diese „photonischen Glas“-Formationen sind dafür bekannt, sichtbares Licht selektiv zu reflektieren und Gebäuden lebendige Farbtöne zu verleihen. Das Forschungsteam entdeckte, dass verschiedene Garnelenarten unterschiedliche Größen von Augen-Nanokugeln haben. Theoretisch sollte dieser Durchmesser mit der wahren "Augenglanzfarbe" jeder Art korrelieren. Das Forschungsteam entdeckte auch, dass Garnelen das Aussehen von Organismen verändern können, indem sie die Größe und Anordnung von Nanopartikeln um ihre Augen verändern.
Ähnliche Ergebnisse wurden für andere Krebstiere entdeckt, die das Team untersuchte. Beispielsweise hat eine Garnelenart tagsüber ein grün-gelbes Auge und nachts ein gelbes Auge. Die Simulationen des Teams zeigen, dass die Farbänderung auf eine Abnahme des Unregelmäßigkeitsgrads in der Nanopartikelverpackung zurückzuführen ist, was durch Kryo-SEM-Untersuchung der Augen dieser Art festgestellt wurde.
Laut Shavits Forschung ist der Prozess, durch den Krebstiere die Größe und Anordnung von Nanopartikeln regulieren, noch nicht bekannt. Zukünftige Forschungen der Forscher werden sich mit dieser Frage befassen. Die Biologin Kate Feller vom Union College in New York kann es kaum erwarten, die Ergebnisse dieser Studien zu erfahren.
„Diese leuchtenden, reflektierenden Strukturen sind für die Tarnung im offenen Meer ganz klar von Vorteil“, so Feller. „Aber jede dieser Arten scheint einen anderen Mechanismus zu verwenden. Ich freue mich sehr darauf, mehr darüber zu erfahren.
Einer der Teammitglieder, Johannes Haataja, Postdoktorand an der University of Cambridge in England, erklärt, dass der hohe Brechungsindex der entdeckten Augenstrukturen sie aus materieller Sicht interessant macht. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Systeme mit leuchtenden Farben zu ermöglichen, sind hochreflektierende Materialien für eine Vielzahl von Technologien wichtig, darunter Kameras, Autolacke und Kosmetika.
Da jedoch die meisten stark reflektierenden Materialien wie Titandioxid anorganisch sind, bestehen Bedenken hinsichtlich ihrer Toxizität. Laut Haataja sind die Krebstiere „inspirierend, wie man diese [erschütternden] Farben mit organischen, umweltfreundlichen Materialien herstellt“.
Quelle: physical.aps.org/articles/v16/48
Günceleme: 24/03/2023 11:53