Ново изследване доказва, че здравата обвивка на иглокожите е способна едновременно да събира светлина и да предпазва организма от механични повреди.

Американски инженери и биолози случайно разгадаха отдавнашна загадка, свързана с морските звезди.

Учените са открили в скелета им микроскопични минерални лещи, които функционират като очи и в същото време укрепват костната структура.

Случайно откритие

Екип от материалознание, ръководен от професор Линг Ли, първоначално е изучавал как морските звезди изграждат своите изключително здрави, но същевременно леки и порести скелети.

Тези природни конструкции отдавна привличат вниманието на инженерите, тъй като успяват да съчетаят лекота с висока устойчивост на повреди.

По време на детайлно изследване на върховете на лъчите на морската звезда от вида Protoreaster nodosus обаче, изследователите забелязват нещо необичайно.

В минералната структура на животното са били вградени десетки гладки, заоблени издатини. Оказало се, че тези микроскопични образувания навлизат навътре в скелета и наподобяват миниатюрни конуси. Подробни оптични експерименти и кристалографски анализ показали, че тези елементи функционират като истински лещи.

Природата е успяла да обедини в една система твърда механична опора и орган за оптично възприятие, което силно изненадало специалистите. По-рано учените бяха установили, че морският таралеж „мисли“ и „вижда“ с цялото си тяло.

Здрави лещи на върха на лъчите

Оптичното моделиране показва, че всяка отделна минерална леща е способна да улавя и насочва навътре в тялото около 70% от падащата светлина.

Всички тези структури заедно работят като една голяма матрица. Те събират светлина от широк зрителен ъгъл. И създават мощен сигнал, който помага на морските звезди да се ориентират по океанското дъно, да търсят храна, да се крият и да забелязват приближаващи хищници.

Подобни лещи са откривани и преди при морски организми, но точното им предназначение оставаше неясно.

За да разгадае тази тайна, на Линг Ли се наложило да обедини усилията на биолози, кристалографи и специалисти по компютърно моделиране.

Най-ценният научен факт се оказал този, че тези светлинни конуси не просто пропускат лъчите, но и значително увеличават здравината на цялата околна структура.

Скелети на две морски звезди с различен размер, като и при двете се вижда скелетът от калциев карбонат.

Технологии на бъдещето

За инженерите това откритие разкрива нови перспективи в създаването на „умни“ материали. В момента, ако конструкторите трябва да оборудват даден детайл със сензори, те ги прикрепят отгоре.

Това често прави устройствата по-тежки, по-малко здрави или с по-кратък живот.

Морската звезда дава пример за идеална интеграция, при която защитната броня сама по себе си е чувствителен сензор.

„В природата една структура често служи за много цели, защото производството на материали е скъпо за организмите“, обяснява професор Ли.

Вдъхновени от това, инженерите вече проектират ново поколение порести панели за космически апарати

Представете си лека пяна или обшивка на ракета, която не само поема удари, но и сама информира компютъра за пукнатини или промени в околната температура.

Същевременно порестата структура на скелета на морската звезда е устроена така, че плавните преходи между порите идеално разпределят натоварването и спират разпространението на всякакви напуквания.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Proceedings of the National Academy of Sciences.