Glänzende Riesenmuscheln Können Neue Solartechnologie Inspirieren

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Der brillante glanz riesiger muscheln reflektiert sonnenlicht in das innere der muschel und gibt den algen, die im gewebe der muscheln leben, licht.

Brillante Blau- und Aquatöne überziehen die schillernden Lippen der Riesenmuscheln, aber diese glänzenden Zellen dienen nicht nur der Show, sondern neuen Forschungsergebnissen. Der schillernde Glanz lenkt Sonnenstrahlen in das Innere der Muschel und gibt den Algen im Inneren Licht.

In einer symbiotischen Rückkehr verwenden die Algen dieses Sonnenlicht, um die Photosynthese anzutreiben, wodurch Energie für die Riesenmuschel entsteht. "Es ist ein großer Teil des Energiebudgets der Muscheln", sagte die Forschungsforscherin Alison Sweeney, Assistenzprofessorin für Physik und Astronomie an der University of Pennsylvania.

Im Wesentlichen haben die übergroßen Mollusken, die mehr als 1,2 m lang sein können, ein natürliches Solarsystem, das sich in ihren Schalen versteckt.

Die meisten schillernden Zellen - einschließlich derjenigen, die dem Morpho-Schmetterling ein lebhaftes Blau verleihen, den glitzernden Farben der Käfer und dem Glanz der Vogelfedern - sind wie Fingernägel und menschliches Haar tot. Aber die schillernden Zellen von Tintenfischen und Riesenmuscheln leben. [Marine Marvels: Spektakuläre Fotos von Meerestieren]

Die Forscher fragten sich also: "Was macht eine riesige Muschel mit einer lebenden irisierenden Zelle?" Sagte Sweeney.

Riesige Venusmuscheln haben eine stumpfe Außenhaut sowie ein gewichtetes Muschelgelenk, das ihnen hilft, ihre Lippen auf das Sonnenlicht zu richten. Vielleicht spielen die irisierenden Zellen, Iridozyten genannt, eine optische Funktion, so die Forscher.

Das Team reiste nach Palau, eine Insel östlich der Philippinen im tropischen Pazifik, um Informationen über die Riesenmuscheln zu sammeln. "Wir haben dies in ein Computermodell aufgenommen, in dem wir denken, dass sich Licht durch die Muscheln ausbreitet", sagte Sweeney. "[Aber] niemand hat es wirklich geglaubt", fügte sie hinzu und bezog sich darauf, wie das Licht in die Muscheln der Muscheln reflektiert wurde.

Also kehrten sie nach Palau zurück, um detaillierte Lichtmessungen in den Muscheln vorzunehmen - Tridacna derasa, T. maxima und T. crocea - mit Hilfe einer faseroptischen Sonde. Die irisierenden Zellen reflektierten eine bemerkenswerte Menge Licht in die Muschel, mehr als die Wissenschaftler ursprünglich erwartet hatten, sagte Sweeney. Muschelgewebe mit Iridozyten hat etwa fünfmal mehr Lichtteilchen, die als Photonen bezeichnet werden, tief im Inneren des Gewebes als Muschelgewebe ohne Iridozyten, fanden sie.

"Wir freuen uns sehr über diese überraschende Entdeckung", sagte der Studienforscher Dan Morse, Professor für biomolekulare Wissenschaft und Ingenieurwesen, und Direktor des Marine Biotechnology Center der Universität von Kalifornien in Santa Barbara.

"Die glänzend reflektierenden Zellen der Riesenmuschel lenken die Photonen tatsächlich tiefer aus dem Sonnenlicht in das Gewebe der Muschel und beleuchten Millionen von dort lebenden symbiotischen Algen sanft und gleichmäßig, so dass sie ihrem Tierwirt Nährstoffe durch Photosynthese liefern können", schrieb Morse in einer E-Mail Wissenschaft leben.

Die Algenkonfiguration ist nach Ansicht der Forscher auch effizient. Wenn die Algen horizontal über das Gewebe der Muschel verteilt würden, würden nur die oberen Algenschichten Licht bekommen. Die Riesenmuschel hat dieses Hindernis jedoch nicht. Stattdessen werden die Algen in vertikale Säulen gestapelt, sodass die reflektierenden Zellen Licht entlang der Seiten der Säulen werfen können - nicht nur die Algen darüber.

Das reflektierte Licht ist auch weniger intensiv als direktes Sonnenlicht, so dass die Algen nicht gebraten werden, sagte Sweeney.

Die Studie sei "sehr interessant", sagte Euichi Hirose, Professor für Wirbellose Biologie an der Universität des Ryukyus in Japan, in einer E-Mail an WordsSideKick.com.

"Jetzt wissen wir, dass der Riesenmuschel-Mantel eine ausgefeiltere Funktion hat, als wir erwartet hatten", sagte Hirose, der an der aktuellen Studie nicht beteiligt war. "Der bunte Mantel reflektiert nutzloses Licht für die Photosynthese (grün und gelb) und streut nützliches Licht (rot und blau) nach vorne und seitlich in tiefes Gewebe."

Der bunte und funkelnde Glanz der Riesenmuscheln könnte eines Tages zu neuen Formen sauberer Technologie inspirieren, sagten die Forscher. Traditionelle Solarzellen funktionieren zum Beispiel gut bei direktem Sonnenlicht, nicht aber, wenn sie zu heiß werden. Mit dem Design der Muschel könnte ein reflektierender Glanz dazu beitragen, dass Solarzellen auch bei starker Sonneneinstrahlung kühl bleiben, so Sweeney.

Die Studie wurde gestern (30. September) im Journal der Royal Society Interface veröffentlicht.

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