Forskere udvikler en metode til sammenligning af krydsarter af biologiske overflader

Én ting er indlysende:møls øjne og slangeskind er helt forskellige. Forskere ved Kiel University har set nærmere på, imidlertid, og har nu bragt de formodede 'æbler og appelsiner' til en fællesnævner. De har åbnet et helt nyt, sammenligning af biologiske overflader ved hjælp af en nyudviklet metode, og er dermed kommet tættere på løsningen af, hvordan disse overflader fungerer. Dr. Alexander Kovalev, Dr. Alexander Filippov og professor Stanislav Gorb fra Zoological Institute ved Kiel University har offentliggjort deres resultater i den aktuelle udgave af det videnskabelige tidsskrift Anvendt fysik A .

Den ene overflade viser reduceret lysrefleksion, den anden er vandafvisende og slidstærk. Overflader i dyreverdenen er udviklet til at tilpasse sig deres omgivelser og give dyret, de dækker, den størst mulige evolutionære fordel. Forskere er i dag stadig i tvivl om, hvordan og hvorfor disse forskellige strukturer udvikler sig i detaljer.

Aktuel forskning ser lige ind i overfladens nanostrukturer ved hjælp af de nyeste forskningsteknikker. Normalt, vi ville begrænse os til sammenligninger inden for nært beslægtede arter og bare se grundigt på små områder af overfladen, siger Gorb:"Derfor spurgte vi os selv, hvilke strukturelle forskelle der kan findes mellem helt forskellige arter. For at gøre det, vi ændrede biologiens typiske perspektiv og adresserede større overfladearealer fra forskellige arter. "Disse typer af krydsarter eller tværgående undersøgelser af nanostrukturer er almindelige på andre tekniske eller uorganiske områder. I biologi, imidlertid, denne metode er helt ny, Gorb fortsætter.

De fik ideen fra dekorationerne på gangen til deres eget institut, hvor scanningselektronmikroskopbilleder af mølens øjne og slangens hud vises. På et tidspunkt, teoretisk fysiker Filippov bemærkede ligheder mellem billederne, som viste overfladerne ved en opløsning på et par milliontedele af en millimeter. Brystvorter og fordybninger kunne ses, som syntes for det menneskelige øje at følge et bestemt mønster. Ved hjælp af metoder, der normalt bruges i krystallografi, forskerne var endelig i stand til at genkende de særlige mønstre, der adskiller de to arter. "Strukturen i mølens øjne er perfekt organiseret. Brystvorter er stærkt ordnede, og foretrukne retninger udstilles i den strukturelle organisation, "forklarer Kovalev, biofysiker og hovedforfatter af undersøgelsen. Forskerne var allerede klar over øjenstrukturens strenge symmetri. Imidlertid, det faktum, at dette går helt igennem til nano-niveau og gentages på tværs af hele overfladen i såkaldte domæner, er et vigtigt nyt fund.

Så hvilken symmetri har slangens hud, som ved første øjekast ligner hinanden, måske endnu mere perfekt organiseret? "Sammenlignet med strukturen i mølens øje, strukturen i slangens hud er uorganiseret, "forklarer Kovalev. Han fortsatte:" Hvis vi koncentrerer os om en hul i huden, som en brystvorte i øjet, vi ser kun en diffus sky af yderligere fordybninger i de nære omgivelser. Hverken særlige retninger eller det almindelige arrangement kan defineres. Denne uorganiserede struktur fortsætter på tværs af hele overfladen. "

På egen hånd, disse fund om den organiserede øjenstruktur på den ene side og den uorganiserede hudstruktur på den anden side er ikke særlig signifikante. Men ved at tage den fællesnævner, dvs. at undersøge begge strukturer med samme opløsning, det er muligt for første gang at sammenligne fundamentalt forskellige strukturer, forklarer Gorb:"Dog, den 'tilfældige' organisationsgrad er ikke tilfældig, men et resultat af evolution. Det ville betyde, at den perfekte organisation giver møl sit utrolige nattesyn, mens den uperfekte organisation i slangens hud sikrer de bedste friktionsegenskaber. "Det lyder logisk, når du overvejer fysikkens love, at en symmetrisk struktur er nødvendig for et godt udsyn og gode friktionsegenskaber kræver, at overfladens orden i kontakten med jorden er så lav som muligt.

Hvis de Kiel-baserede forskere havde fulgt de sædvanlige fremgangsmåder og sammenlignet slanger med slanger og møl med møl, organiseringen af ​​elementerne på nano-niveau ville næppe have været betragtet som væsentlig. "Ved at sammenligne evolutionære fjerne arter, vi ser nu, at nøglen til at forstå overfladefunktioner skal være lige på det mindste niveau. Hver biologisk overflade er tilpasset sit miljø, og disse tilpasninger afspejles i organiseringen af ​​deres mindste elementer i en vis perfekt eller ufuldkommen grad, "Slutter Gorb.