Российские ученые обнаружили, что одноклеточные диатомовые водоросли используют сложный оптический эффект для максимально эффективного улавливания солнечного света. Об исследовании, опубликованом в журнале Optica, сообщает пресс-служба Сколтеха.
Исследователи из Сколтеха, МГУ, МФТИ, Карадагской биостанции РАН и Лимнологического института СО РАН описали необычный механизм, с помощью которого микроскопические диатомовые водоросли повышают эффективность фотосинтеза. Открытие предлагают использовать в солнечной энергетике и оптоэлектронике.
Диатомовые водоросли — одни из самых успешных организмов на планете: они составляют основу фитопланктона и производят до четверти атмосферного кислорода. Их характерная особенность — панцири из диоксида кремния, пронизанные изящным узором микроскопических отверстий, долгое время оставались загадкой для ученых.
Анализ оптических свойств водорослей Coscinodiscus oculus-iridis показал, что их панцири демонстрируют эффект Тальбота. Благодаря дифракции света на решетке из пор, панцирь фокусирует солнечные лучи в конкретных точках внутри клетки — там, где расположены фотосинтезирующие органеллы.
Окрашенный снимок с микроскопа: панцирь диатомовой водоросли вида Coscinodiscus oculus-iridis. Источник: Сергей Дьяков и др., Optica
Предполагается, что адаптация к жизни в условиях переменной освещенности превратила панцирь из простой защиты в сложное оптическое устройство. Узор отверстий формирует систему, которая позволяет эффективно собирать рассеянный свет, проникающий через толщу воды.
По мнению исследователей, принципы управления светом, выработанные природой за миллионы лет эволюции, можно использовать при создании высокоэффективных солнечных батарей, фотонных сенсоров, покрытий от УФ-излучения и даже искусственных систем фотосинтеза.
Ученые планируют создать увеличенную искусственную структуру, точно воспроизводящую рисунок пор на панцире. Это позволит экспериментально проверить модель и адаптировать ее для практического применения.
