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Las almejas gigantes podrían tener la clave para la eficiencia de paneles solares

  • Las almejas gigantes utilizan las células llamadas iridocitos para hacer más eficientes a sus algas fotosintéticas
  • La disposición geométrica es muy parecida al polvo de los anillos de Saturno
  • Estas estructuras podrían servir para la mejora de los paneles solares

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No es la primera vez que un descubrimiento natural se convierte en una aplicación industrial, veánse ejemplos como el velcro. Esta noticia que traemos podría ser otro.

La evolución en ambientes extremos ha producido formas de vida con habilidades y rasgos sorprendentes. Debajo de la superficie, muchas criaturas lucen estructuras iridiscentes que rivalizan con los materiales que los científicos pueden hacer en el laboratorio.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Pennsylvania y la Universidad de California, Santa Barbara, ha demostrado cómo las almejas gigantes utilizan estas estructuras para prosperar, ya que operan como invernaderos extremadamente eficientes donde crecen algas simbióticas como fuente de alimento.

Esta comprensión podría tener implicaciones para la investigación de energías alternativas, allanando el camino para los nuevos tipos de paneles solares o la mejora de los reactores para el cultivo de biocombustibles.

El estudio publicado en Royal Society Interface fue dirigido por Alison Sweeney, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía en la Escuela de Artes y Ciencias de Penn, y Daniel Morse, profesor emérito en el Departamento de Biología Molecular, Celular  y Biología del Desarrollo de UCSB y director de su Centro de Biotecnología Marina. El equipo también incluye a la autora principal Amanda Holt, investigadora postdoctoral anteriormente en la UCSB y ahora en Penn, así como Sanaz Vahidinia del Centro de Investigación Ames de la NASA y Yakir Luc Gagnon, de la Universidad Duke.

“Muchos moluscos, como calamares, pulpos, caracoles y sepia”, dijo Sweeney, “tienen estructuras iridiscentes, pero casi todos ellos las utilizan para camuflarse o para la señalización de compañeros. Sabíamos que las almejas gigantes no estaban haciendo ninguna de esas cosas, así que quería saber para qué lo estaban utilizando”.

Si bien no se conoce el verdadero propósito de estas estructuras iridiscentes, formadas por células conocidas como iridocitos, el equipo estableció una hipótesis robusta. Al igual que el coral vecino, las almejas gigantes son el hogar de las algas simbióticas que crecen dentro de sus tejidos. Estas algas convierten la abundante luz solar de la zona ecuatorial hábitat de estas almejas “en una fuente de alimentación, pero no son particularmente eficientes en utilizar la intensa luz solar que se encuentra en los arrecifes tropicales; la luz solar en la latitud donde viven estas almejas es tan intensa que puede perturbar la fotosíntesis de las algas, lo que reduce paradójicamente su capacidad de generar energía.”

Las almejas gigantes maximizan la utilidad de luz que les llega

Los miembros del equipo comenzaron su estudio la hipótesis de que iridocitos las almejas estaban siendo utilizados para maximizar la utilidad de la luz que llega a las algas dentro de sus tejidos. Al principio fueron confundidos por la relación entre estas estructuras iridiscentes y las algas unicelulares, hasta que se dieron cuenta de que tenían un cuadro incompleto de su geometría. Cuando hicieron las secciones transversales más precisas de las almejas, se encontraron con que las algas estaban organizadas en columnas, con una capa de iridocitos en la parte superior.

“Cuando vimos el cuadro completo, entendimos que las columnas están orientadas en la dirección equivocada si se desea capturar la luz del sol”, dijo Sweeney. “Ahí es donde los iridocitos entran en juego.”

El equipo se basó en Amanda Holt y Sanaz Vahidinia para modelar exactamente lo que estaba sucediendo con la luz una vez que se pasa a través de los iridocitos; el grado de desorden dentro de estas células tenía un parecido a las estructuras de los estudios de Vahidinia en la NASA: el polvo de los anillos de Saturno.

Su análisis sugiere que los iridocitos dispersarían muchas longitudes de onda de la luz en una distribución en forma de cono apuntando más profundamente en la almeja. Longitudes de onda rojas y azules, los más útiles para las algas, difundieron más ampliamente, impactando los lados de los pilares en los que se apilan las plantas unicelulares.

Para probar este modelo, el equipo construyó sondas de fibra óptica con puntas esféricas del tamaño de un alga individual. Enhebraron la sonda a través de una sección de tejido de almeja junto con algas, esta sonda esférica fue capaz de detectar el ángulo de la luz dispersada por los iridocitos, mientras que una sonda de punta plana, sólo es capaz de detectar la luz que brilla directamente hacia abajo.

Vemos que, en cualquier posición vertical dentro del tejido de la almeja, la luz entra alrededor de la tasa más alta a la que estas algas pueden hacer uso de los fotones de manera más eficiente”, dijo Sweeney. “Todo el sistema se escala por lo que las algas absorben la luz exactamente en la tasa de donde están más agusto”.

“Esto proporciona una iluminación uniforme suave a los pilares verticales que constan de millones de algas simbióticas que proporcionan nutrientes a su huésped animal mediante la fotosíntesis”, dijo Morse. “El efecto combinado de la penetración más profunda de la luz del sol – para llegar a más algas que crecen densamente en el volumen tridimensional de tejido – y la” reducción de paso hacia abajo “en la intensidad de la luz – para la prevención de la inhibición de la fotosíntesis de la irradiación excesiva – – permite al anfitrión apoyar una población mucho mayor de activos de algas productoras de alimentos de las que sería posible sin las células reflexivas”.

Trasladando el descubrimiento a la aplicación práctica

Imitando las estructuras a escala micrométrica dentro de los iridocitos de la almeja y las columnas de algas podrían conducir a nuevos enfoques para aumentar la eficiencia de las células fotovoltaicas sin tener que diseñar con precisión las estructuras a escala nanométrica. Otras estrategias de energía alternativa podrían adoptar lecciones de las almejas de una manera más directa: biorreactores actuales son ineficientes porque tienen que eliminar constantemente las algas para mantenerlos expuestos a la luz a medida que crecen y ocupan cada vez más espacio. La adopción de la geometría de las iridocitos y columnas de algas dentro de las almejas sería una forma de eludir esa cuestión.

“La almeja tiene que aprovechar cada pulgada cuadrada cuando se trata de la eficiencia”, dijo Sweeney. “Del mismo modo, todas nuestras alternativas son muy caras cuando se trata de la superficie total, por lo que tiene sentido para tratar de resolver ese problema utilizar la misma manera que ha hecho la evolución”.

Fuente: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141002123728.htm

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