Гигантские моллюски управляют светом для помощи симбионту

Исследование Университета науки и технологий имени короля Абдаллы показало, что специальные клетки гигантских моллюсков изменяют длину волны света, чтобы защитить их от УФ-излучения и повысить фотосинтетическую активность их симбионтов. Работа изначально задумывалась как исследование в области фотоники.

Как и кораллы, гигантские моллюски — важные участники экосистем рифов и живут в симбиозе с фотосинтезирующими водорослями Symbiodiniaceae. У моллюсков также есть особые клетки — иридоциты, которые могут управлять светом с помощью слоев наноотражателей внутри каждой клетки. Ранее было показано, что эти иридоциты рассеивают и отражают свет, повышая эффективность фотосинтеза водорослей Symbiodiniaceae.

Теперь команда исследователей из Центра по изучению Красного моря и Фотонной лаборатории обнаружила еще один способ, которым иридоциты помогают симбионту фотосинтезировать. Ученые изучили морфологию и оптические характеристики иридоцитов у гигантского моллюска Tridacna maxima и выяснили, что они поглощают УФ-излучение и переизлучают его в виде света с большей длиной волны, полезного для фотосинтеза.

Один из авторов исследования Рам Чандра Субеди объясняет, что иридоциты содержат чередующиеся слои кристалла гуанина с высоким показателем преломления и цитоплазмы с более низким показателем преломления. Сжатие и расслабление этих слоев позволяет клетке настраивать свое воздействие на свет. В результате «палитры гуанина не только отражают вредное УФ-излучение, но и поглощают его, а затем испускают свет на более высоких длинах волн, которые безопасны и полезны для фотосинтеза».

Это увеличивает количество фотосинтетически активной радиации, доступной водорослевому симбионту, а также помогает защитить как моллюсков, так и водоросли от УФ-излучения. Этот фотозащитный эффект позволяет гигантским моллюскам жить на очень мелководье в тропических водах, где достаточно света для фотосинтеза, но также присутствует потенциально вредный уровень УФ-излучения.

Это также может объяснять окраску мантии гигантских моллюсков. Идея заключается в том, что яркие цвета возникают не из-за оптических различий в ткани, а из-за различий в распределении или количестве симбионтов относительно иридоцитов у каждой особи. «Это всего лишь гипотеза, — поясняет ведущий автор Сюзанн Россбах, — но это самое разумное объяснение, которое у нас есть относительно того, почему моллюски имеют разную окраску». Вопрос о том, имеют ли различия в цвете функциональные последствия, остается открытым.

Россбах отмечает, что это был проект, движимый любопытством, чтобы выяснить, обладают ли иридоциты оптическими свойствами, которые могут быть полезны в фотонных технологиях. «Изначально это не было связано с ответом на биологический вопрос, но в итоге это многое объяснило в симбиозе и породило новые вопросы в биологической фотонике». Эти открытия также привели к новым оптоэлектронным применениям на основе иридоцитов, хотя они еще не опубликованы.