Un nuevo estudio ha revelado cómo las conchas vítreas de las diatomeas ayudan a estos organismos microscópicos a realizar la fotosíntesis en condiciones sombrías. Una mejor comprensión de cómo este fitoplancton recolecta e interactúa con la luz podría conducir a mejores células solares, dispositivos sensores y componentes ópticos.

«El modelo computacional y el conjunto de herramientas que desarrollamos podrían allanar el camino hacia dispositivos ópticos sostenibles y producibles en masa y herramientas de recolección de luz más eficientes basadas en caparazones de diatomeas», dijo Santiago Bernal, miembro del equipo de investigación de la Universidad McGill en Canadá. «Esto podría usarse para dispositivos biomiméticos para detección, nuevas tecnologías de telecomunicaciones o formas asequibles de generar energía limpia».

Las diatomeas son organismos unicelulares que se encuentran en la mayoría de los cuerpos de agua. Sus caparazones están cubiertos con agujeros que reaccionan de manera diferente a la luz según su tamaño, espacio y configuración. en el diario Express para materiales ópticos, los investigadores, dirigidos por David V. Plant y Mark Andrews de la Universidad McGill, informan sobre el primer examen óptico de una concha de diatomeas completa. Analizaron cómo las diferentes secciones del caparazón, o caparazón, responden a la luz solar y cómo esa respuesta se relaciona con la fotosíntesis.

«Según nuestros resultados, estimamos que la frústula puede contribuir con un aumento del 9,83 por ciento en la fotosíntesis, particularmente durante las transiciones de luz solar alta a baja», dijo Yannick D’Mello, primer autor del artículo. “Nuestro modelo es el primero en explicar el comportamiento visual de toda la frustración. Por lo tanto, contribuye a la hipótesis de que el frustulus mejora la fotosíntesis en las diatomeas”.

Combinación de microscopía y simulación.

Las diatomeas han evolucionado durante millones de años para sobrevivir en cualquier medio acuático. Esto incluye su envoltura, que se compone de muchas regiones que trabajan juntas para recolectar la luz solar. Para estudiar la respuesta óptica de las conchas de diatomeas, los investigadores combinaron simulaciones informáticas ópticas con múltiples técnicas de microscopía.

Los investigadores comenzaron por obtener imágenes de la arquitectura de la frústula utilizando cuatro técnicas de microscopía de alta resolución: microscopía de barrido óptico de campo cercano, microscopía de fuerza atómica, microscopía electrónica de barrido y microscopía de campo oscuro. Luego usaron estas imágenes para informar una serie de modelos que los investigadores construyeron para analizar cada parte del frustulus usando simulaciones en 3D.

Usando estas simulaciones, los investigadores estudiaron cómo los diferentes colores de la luz solar interactuaban con las estructuras e identificaron tres mecanismos principales de la radiación solar: captura, redistribución y retención. Este enfoque les permitió combinar los diferentes aspectos ópticos del frustulus y mostrar cómo trabajan juntos para apoyar la fotosíntesis.

«Usamos diferentes simulaciones y técnicas de microscopía para examinar cada componente por separado», dijo D’Mello. «Luego usamos estos datos para crear un estudio de cómo la luz interactúa con la estructura, desde el momento en que se captura, dónde se distribuye, cuánto tiempo se almacena y hasta el momento en que es probable que sea absorbida por el célula.»

Aumento de la fotosíntesis

El estudio encontró que las longitudes de onda con las que interactuaba el caparazón coincidían con las absorbidas durante la fotosíntesis, lo que sugiere que puede haber evolucionado para ayudar a capturar la luz solar. Los investigadores también encontraron que diferentes regiones del frustulus pueden redistribuir la luz para absorberla a través de la célula. Esto sugiere que la envoltura evolucionó para maximizar la exposición de la célula a la luz ambiental. Sus resultados también sugirieron que la luz circula dentro del caparazón el tiempo suficiente para apoyar la fotosíntesis durante las transiciones de mucha a poca luz.

El nuevo modelo de Frustule podría hacer posible el cultivo de especies de diatomeas que recolectan luz en diferentes longitudes de onda, lo que les permite adaptarse a aplicaciones específicas. «Estos mecanismos de recolección de luz de las diatomeas podrían usarse para mejorar la absorción de los paneles solares al permitir que la luz del sol se recopile en más ángulos, eliminando parcialmente la dependencia del panel de mirar directamente al sol», dijo Bernal.

Los investigadores ahora están trabajando para refinar su modelo y planean aplicar su nuevo conjunto de herramientas para estudiar otras especies de diatomeas. Después de eso, planean extender el modelo más allá de las interacciones de la luz dentro de un solo frustule para estudiar el comportamiento entre múltiples frustules.

Este trabajo conmemora a Dan Petrescu, quien falleció el año pasado. La investigación no hubiera sido posible sin su conocimiento, apoyo y compromiso.

fuente de la historia:

Materiales proporcionados por óptica. Nota: El contenido se puede editar por estilo y longitud.

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí