在一项模糊了生物学和技术之间界限的发现中,科学家们发现,心形蛤蜊使用类似光纤的结构将阳光穿过它们的外壳,就像电信公司使用光纤将高速互联网连接到家庭一样。这项创新是生物中捆绑光纤的第一个已知例子,有助于解释心蛤(Corculum cardissa)——一种在印度洋和太平洋浅水区发现的海洋双壳类动物——如何利用阳光滋养生活在其中的共生藻类,同时保护它们免受有害紫外线的伤害。

作为回报,藻类为蛤蜊提供糖和其他必需营养素。研究人员于11月19日在《自然通讯》上报道,这一发现突显了与人类技术创造力相似的进化适应,并为未来生物启发光学系统的发展提供了潜在的见解。心蛤是核桃大小的小型双壳类动物,以其独特的贝壳形状而闻名。但仔细一看,这些贝壳上布满了“窗户”——允许光线穿过的微小透明结构。这种独特的结构植根于文石的特殊性质,文石是碳酸钙的一种晶体形式(SN:1/21/03)。

这些文石晶体排列在微米级的管中,其功能类似于光纤电缆,以极高的精度引导光线,同时过滤掉可能损害蛤蜊共生藻类或其自身精细组织的有害紫外线辐射。芝加哥大学的进化生物物理学家达科塔·麦科伊和她的同事们进行了显微镜实验,证明外壳面向太阳的一侧允许两倍多的光合作用有用光穿透内部,而有害的、破坏DNA的紫外线则不然。

根据McCoy的说法,这种光过滤能力可能有助于降低漂白的风险,漂白是一种影响珊瑚和蛤蜊的致命现象,目前正因气候变化而加剧(SN:8/7/24)。计算机模拟进一步表明,光纤状结构的排列代表了一种进化的权衡,经过精细调整,以平衡外壳的机械强度与其有效传输光的能力。科罗拉多大学博尔德分校的进化生物学家李静春说:“终于有人解决了这个问题。”她研究了心蛤和藻类之间的共生关系。

并非只有心蛤蜊将阳光引导到共生藻类中。其他海洋生物,如巨蚌,也会这样做(SN:6/22/18)。但是,尽管这些巨大的脊状双壳类动物依靠专门的细胞来吸收有益的阳光,但心蛤蜊的外壳紧闭,利用了它们独特的文石结构。德国汉堡莱布尼茨生物多样性变化分析研究所的进化遗传学家Sarah Lemer没有参与这项研究,她说:“它们正在利用壳中的矿物质来做到这一点,而不是生物结构。”。“它真的很整洁。”

McCoy和其他人现在设想利用文石的特性或其复杂的晶格结构来创造具有卓越光学性能的新材料,这可能会彻底改变无线通信技术和先进的测量工具。他们希望复制的一个品质是文石在没有反射涂层的情况下引导光线的能力。电信电缆上需要这种涂层来限制光信号,但文石自然具有其自身的光学密封特性。沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的光子学研究员Boon Ooi说:

“通过模仿心冠中发现的捆绑光纤结构,我们可以开发出提供增强光收集的系统。”。麦考伊指出:“数十亿年的产品设计已经融入其中。”。她说,利用心蛤蜊的外壳设计,可以带来无与伦比的光传输能力,让这些技术的人类最终用户像蛤蜊一样快乐。