Cangkang seperti kaca diatom membantu mengubah cahaya menjadi energi dalam kondisi redup

Sebuah studi optik baru mengungkapkan bagaimana cangkang seperti kaca diatom membantu organisme bersel tunggal ini berfotosintesis bahkan dalam kondisi redup. Cangkangnya mengandung lubang yang mengubah perilaku cahaya tergantung pada ukuran, jarak, dan komposisinya. Kredit: Santiago Bernal, Universitas McGill

Sebuah studi baru mengungkapkan bagaimana cangkang diatom yang seperti kaca membantu organisme mikroskopis ini berfotosintesis dalam kondisi redup. Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana fitoplankton ini dipanen dan bagaimana mereka berinteraksi dengan cahaya dapat menghasilkan sel surya, sensor, dan komponen optik yang lebih baik.


“Itu Formulir akun saya Dan toolkit yang kami kembangkan dapat membuka jalan menuju perangkat optik yang berkelanjutan, dapat diproduksi secara massal, dan lebih efisien lampu Alat panen Diatom “Ini dapat digunakan dalam perangkat biomimetik sensor, teknologi telekomunikasi baru, atau cara yang terjangkau untuk menghasilkan energi bersih,” kata anggota tim peneliti Santiago Bernal dari Universitas McGill di Kanada.

Diatom adalah organisme uniseluler Itu ditemukan di sebagian besar badan air. Cangkangnya menutupi lubang yang merespons cahaya secara berbeda tergantung pada ukuran, jarak, dan komposisinya. dalam jurnal Bahan Visual ExpressPara peneliti yang dipimpin oleh David V. Plant dan Mark Andrews dari Universitas McGill melaporkan studi visual pertama dari seluruh cangkang diatom. Mereka menganalisis bagaimana berbagai bagian kerak bumi, atau radang dingin, merespons sinar matahari dan bagaimana respons itu terkait dengan fotosintesis.

“Berdasarkan temuan kami, kami memperkirakan bahwa butiran dapat memberikan kontribusi peningkatan fotosintesis sebesar 9,83%, terutama selama transisi dari sinar matahari tinggi ke sinar matahari rendah,” kata Yannick D’Mello, penulis pertama makalah tersebut. “Model kami adalah yang pertama menjelaskan perilaku optik seluruh lubang. Jadi, ini berkontribusi pada hipotesis bahwa butiran mempromosikan fotosintesis di diatom.”

Para peneliti menggabungkan simulasi dan teknik mikroskop yang berbeda untuk memeriksa setiap komponen cangkang secara individual. Ini digunakan untuk mempelajari bagaimana cahaya berinteraksi dengan struktur dari saat ditangkap hingga saat kemungkinan diserap oleh sel. Kredit: Santiago Bernal, Universitas McGill

Gabungan mikroskop dan simulasi

Diatom telah berevolusi selama jutaan tahun untuk bertahan hidup di lingkungan perairan mana pun. Ini termasuk cangkangnya, yang terdiri dari banyak daerah yang bekerja sama untuk memanen sinar matahari. Untuk mempelajari photoresponse frustules diatom, para peneliti menggabungkan simulasi optik komputer dengan beberapa teknik mikroskop.

Para peneliti memulai dengan mencitrakan struktur fristol menggunakan empat teknik mikroskop resolusi tinggi: pemindaian jarak dekat; mikroskop optik, mikroskop kekuatan atom, pemindaian mikroskop elektron dan mikroskop medan gelap. Mereka kemudian menggunakan gambar-gambar ini untuk menginformasikan serangkaian model yang mereka buat untuk menganalisis setiap bagian dari frustule melalui simulasi 3D.

Cangkang seperti kaca diatom membantu mengubah cahaya menjadi energi dalam kondisi redup

Respons visual bagian ekor terhadap cangkang diatom ditampilkan. Gambar kiri menunjukkan kelengkungan ekor yang meruncing. Gambar tengah menunjukkan profil cahaya terbatas yang merambat secara longitudinal sepanjang embun beku, dan gambar kanan menunjukkan spektrum transmisi pada berbagai titik di bagian ekor seperti yang ditunjukkan pada gambar kiri. Kredit: Santiago Bernal, Universitas McGill

Dengan menggunakan simulasi ini, para peneliti memeriksa bagaimana warna sinar matahari yang berbeda berinteraksi dengan struktur dan mengidentifikasi tiga mekanisme utama pemanenan energi matahari: penangkapan, redistribusi, dan retensi. Pendekatan ini memungkinkan mereka menggabungkan berbagai aspek optik lubang jarum dan menunjukkan bagaimana mereka bekerja sama untuk membantu fotosintesis.

“Kami menggunakan berbagai simulasi dan teknik mikroskop untuk memeriksa setiap komponen secara terpisah,” kata de Mello. “Kami kemudian menggunakan data ini untuk membangun studi tentang bagaimana cahaya berinteraksi dengan struktur, dari saat ditangkap, ke mana ia didistribusikan berikutnya, hingga berapa lama ia dipertahankan, hingga kemungkinan diserap olehnya. sel.”

Mempromosikan fotosintesis

Studi tersebut mengungkapkan bahwa panjang gelombang yang berinteraksi dengan mantel bertepatan dengan yang diserapnya selama fotosintesis, menunjukkan bahwa ia mungkin telah berevolusi untuk membantu menangkap sinar matahari. Para peneliti juga menemukan bahwa berbagai bagian granul dapat mendistribusikan kembali cahaya untuk diserap ke seluruh sel. Ini menunjukkan bahwa amplop telah berevolusi untuk meningkatkan paparan sel terhadap cahaya sekitar. Temuan mereka juga menunjukkan bahwa cahaya bersirkulasi di dalam butiran cukup lama untuk membantu fotosintesis selama periode transisi dari cahaya tinggi ke rendah.

Model frustule baru dapat memungkinkan untuk menumbuhkan spesies diatom yang memanen cahaya pada panjang gelombang yang berbeda, memungkinkannya disesuaikan untuk aplikasi tertentu. “Mekanisme pemanenan cahaya dari diatom dapat digunakan untuk meningkatkan penyerapan panel surya dengan membiarkan sinar matahari berkumpul di lebih banyak sudut, sehingga sebagian menghilangkan ketergantungan panel untuk menghadap matahari secara langsung,” kata Bernal.

Para peneliti sekarang sedang memperbaiki model mereka dan berencana untuk menerapkan perangkat baru mereka untuk mempelajari jenis diatom lainnya. Selanjutnya, mereka berencana untuk memperluas model di luar interaksi cahaya dalam satu embun beku untuk memeriksa perilaku di antara banyak kupu-kupu.

Para peneliti mencatat bahwa karya ini memberi penghormatan kepada rekan mereka Dan Petrescu, yang meninggal tahun lalu. Penelitian ini tidak akan mungkin terjadi tanpa visi, bantuan dan dedikasinya.

informasi lebih lanjut:
Yannick D’Mello dkk, Mekanisme pemanenan energi surya diatom Nitzschia filiformis diatom, Bahan Visual Express (2022). DOI: 10.1364 / OME.473109

kutipan: Cangkang mirip kaca diatom membantu mengubah cahaya menjadi energi dalam kondisi redup (2022, 22 November) Diakses pada 22 November 2022 dari https://phys.org/news/2022-11-glass-like-shells-diatoms-energy – pingsan. html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan hanya untuk tujuan informasi.

READ  Sebuah penelitian mengungkapkan bahwa meteorit langka bisa mengandung rahasia asal usul kehidupan di Bumi

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *