Małże inspiracją dla nowej technologii. Przy nich fotowoltaika to złom

Małże jako naturalne elektrownie słoneczne

Małże z rodzaju Tridacna żyją spokojnie u wybrzeży wyspiarskiego państwa Palau na Oceanie Spokojnym. Na pierwszy rzut oka nie wyróżniają się niczym szczególnym. Jednak ich wnętrze kryje iskrzące się, niebieskawe ciało, gdzie fotosynteza małży osiąga niezwykłą wydajność dzięki naturalnym panelom fotowoltaicznym.

„Fakt, że nikt nie potrafił wyjaśnić, dlaczego małże są opalizujące, naprawdę utkwił mi w pamięci” – mówi Alison Sweeney, współautorka nowych badań cytowana przez portal Scientific American.

We wcześniejszych badaniach mieniących się kolorami małży badaczka i jej zespół ustalili, że zwierzęta te odbijają zaledwie 5 procent światła. Co dzieje się z resztą? Małże kierują je do alg hodowanych w swoim ciele. Te z kolei przekształcają światło w energię dzięki procesowi fotosyntezy.

Z czego wynika tak wysoka efektywność małż w wykorzystywaniu światła?

Pochłanianie aż 95 procent światła sprawia, że fotosynteza alg jest wyjątkowo efektywna. Dla porównania, lasy deszczowe, takie jak Amazonia, odbijają znacznie więcej światła, co zmniejsza ich wydajność fotosyntetyczną już na starcie. Naukowcy odkryli również istnienie specjalnych komórek – irydocytów, które pokrywają powierzchnię płaszcza małża. Zawierają one uporządkowane warstwy przezroczystych płytek bogatych w białka. Struktury te nie tylko rozpraszają światło, ale także kierują je w głąb organizmu, co dodatkowo zwiększa efektywność fotosyntezy.

W kolejnych badaniach zespół Sweeney przeanalizował rozmieszczenie alg w zmodyfikowanych rurkach układu pokarmowego. Odkryto, że liście alg są rozmieszczone losowo, jednak same małże tworzą uporządkowany wzór cienkich kolumn, rozciągających się od irydocytów w głąb tkanki.

„Małż w zasadzie sadzi je tak, jakby to było pole uprawne” – mówi Sweeney.

Polecamy: Pomoc niewidomym z echolokacją. Tak dźwięk wspiera orientację

Fotosynteza małży wydajniejsza od paneli fotowoltaicznych

Zespół Sweeney zaprojektował model systemu fotosyntezy u małży i obliczył, że teoretyczna wydajność pierwszego etapu tego procesu, w którym chlorofil pochłania pojedynczą cząstkę światła, wynosi 43 procent.

„To ponad dwa razy więcej niż wydajność większości paneli słonecznych i trzy razy więcej niż w przypadku liści roślin tropikalnych” – wyjaśnia Sweeney.

Wcześniejsze pomiary w naturalnym środowisku pokazały jednak, że fotosynteza u tych małży jest jeszcze efektywniejsza – przekracza 60 procent. Najnowsze badania rozwiązały tę zagadkę. Naukowcy odkryli, że małże w ciągu dnia mogą „pompować” swój płaszcz, napełniając go i opróżniając. Dzięki temu lepiej kontrolują ilość światła docierającego do ich komórek, co pozwala im osiągnąć wydajność aż 67 procent.

Przeczytaj także ten artykuł: Energia słoneczna ze stożka solarnego. 20 razy wydajniejszy od paneli

Inspiracje z natury dla nowoczesnej technologii

Badacze postanowili poszukać innych przykładów organizmów, które odbijają niewiele światła. Skierowali swoją uwagę na lasy świerkowe, gdzie odkryli wzory przypominające te zaobserwowane u małży. Chmury i mgła w lasach rozpraszają światło, które dociera do poszczególnych drzew – każde z nich działa jak algi u małży. U tych morskich stworzeń rolę zjawisk pogodowych pełnią irydocyty.

Naukowcy mają nadzieję, że ich praca pomoże w budowie bardziej wydajnych bioreaktorów z glonami. To tylko jeden z przykładów, jak sprytne rozwiązania wypracowane przez ewolucję mogą inspirować nowe technologie i pomagać w rozwiązywaniu współczesnych problemów.

Biorąc pod uwagę rosnące zapotrzebowanie na energię, wykorzystanie naturalnych, wydajnych sposobów jej produkcji wydaje się kwestią czasu. Czy kryształki krzemu w panelach fotowoltaicznych wkrótce staną się reliktem przeszłości? Być może zamiast tradycyjnych instalacji produkujących prąd, przyszłość należeć będzie do przydomowych bioreaktorów wzorowanych na małżach.

Polecamy: Wpływ El Niño na prognozy pogody. Nowy krok w badaniach