心形鸟蛤壳利用捆绑的光纤电缆和聚光镜传输阳光进行光合作用

引用

McCoy, D. E., Burns, D. H., Klopfer, E., Herndon, L. K., Ogunlade, B., Dionne, J. A., . . Johnsen, S. (2022). 心形鸟蛤利用光纤束和聚光透镜传输阳光进行光合作用。bioRxiv, 2022.10.28.514291。

关键词

  • 光共生
  • 共生藻
  • 光子学，光学
  • 共生，双壳类
  • Corculum cardissa
  • FDTD
  • FEM
  • 传输
  • 透明度

简介

心形鸟蛤利用光纤束将阳光传输给其光合作用共生体，并投射高分辨率图像，同时聚光透镜聚焦光线，贝壳结构屏蔽紫外线辐射。

摘要

心形鸟蛤（Corculum cardissa 及其属）是一种双壳贝类，它们的壳上进化出了透明的“窗口”，以便光线能够到达进行光合作用的共生体。这些“窗口”的排列方式类似于放射状条纹、马赛克状或斑点状。这些“窗口”由文石（一种碳酸钙）构成。

与不透明壳区中发现的平面交叉文石不同，这些“窗口”中的文石形成细长的纤维状晶体。这些纤维状晶体沿着文石的c轴光学共取向，c轴具有最高的折射率。这种排列方式类似于人造光纤电缆，可以有效地传输光线。这些文石结构是已知的首个生物体光纤束实例。

贝壳的窗口如同天然的光纤系统，可透射高达 40% 的可见光（400-700nm），同时滤除大量有害的紫外线（300-400nm）。文石纤维的可见尺寸（约 1µm 宽）及其 c 轴取向有助于实现最佳的透光率。

此外，一些心形鸟蛤在每个窗口下方的内壳表面具有细小透明的凸起，充当聚光透镜。这些透镜聚焦阳光，可能将其引导至壳内深处富含共生体的组织。

这些适应性特征代表了一种复杂的生物光子解决方案，旨在平衡光合作用对光的需求，并防止其受到捕食和紫外线的伤害。该系统可能在未来激发新的光学技术。

来源：https://www.biorxiv.org/content/biorxiv/early/2022/10/31/2022.10.28.514291.full.pdf

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