Морска гъба и нейните оптични влакна

Морските гъби изграждат стъклени конструкции, инженерно чудо

Изобретяването на оптични влакна революционизира едновременно телекомуникациите. Но ето какво е интересно: морската гъба Euplectella отглежда стъклени спикули, които са отлични оптични влакна.

Декорация на морското дъно

Морски гъби принадлежат към примитивни безгръбначни. Те са здраво привързани към морското дъно, прекарвайки целия си живот неподвижно. Морските гъби нямат тъкани, органи, дихателна или кръвоносна система. Те поддържат съществуването си чрез изпомпване на вода през порестите си тела и извличане на малки хранителни вещества и разтворени вещества от нея. Всички гъби се характеризират с множество пори на външната повърхност. Водата, изтеглена през тези пори, тече през тръбни канали и излиза през един или повече големи отвори. Гъбите изпомпват огромни количества вода дневно, до 20 000 пъти повече от собствения им обем! Има около 6000 вида от тези същества.

Вижте също: Снимки на корали

Много гъби образуват сложни и красиви форми - цветни туби, вази, кошници, цилиндри и т.н. За да поддържат такива конструкции, те имат вътрешен скелет, изграден от игли (спикули). Интересно е да се отбележи, че тези прости същества са в състояние да изграждат своите спирали от минерали или протеинови влакна. 2

Фиг. 1. Стъклени гъби на дълбочина 500 m.

Съществува клас от така наречените стъклени гъби, които изграждат скелета си от силициев диоксид (вж. Фигура 1). Те отглеждат спикули, които чудесно се съединяват, за да образуват „стъклена къща“. 2

Най-известният вид в този клас е Euplectella, известна още като Венерина кошница. Нейният скелет е решетка от силициев диоксид, която образува сложна, цилиндрична стая (вж. Фигура 2). В него обикновено живеят чифт скариди. В основата на гъбата има сноп влакна. Изследователи от Bell Labs демонстрираха, че нежните спирали на гъбата са отлични оптични влакна. 3

Фантастични влакна

Те са с дължина 5-15 см и диаметър 40-70 микрона (дебелината на човешки косъм). Учените бяха изумени от сходството на оптичните влакна на гъбите с влакната, които хората са разработили през годините.

Фигура 2. Сложен цилиндричен скелет на гъба.Цветна кошница на Венера. Мрежа от големи спирали се обединяват, за да образуват решетъчна структура.
Източник: Technologies/Bell Labs, www.physorg.com

Гъбените спикули имат доста сложна структура - пръчка от чисто кварцово стъкло е заобиколена от концентрични слоеве органични вещества и слоеста обвивка. Обвивката действа като покритие, както при изкуствените влакна, правейки спикулите отлични светлинни проводници.

Гъбените влакна имат няколко предимства пред изкуствените. Първо, те се произвеждат при ниски температури в океанските води. Търговските влакна се произвеждат с помощта на скъпо оборудване при високи температури във фурната. 2

Изследователят на гъби Джоана Айзенберг коментира: "Ако можехме да се учим само от природата, в бъдеще бихме могли да открием алтернативен начин за производство на оптични влакна." 3 На второ място, влакната на гъбата са много здрави - те не се напукват или чупят като изкуствени, при които малка пукнатина започва лесно да се разпространява върху чуплив материал. 2

Смяната или поправката на кабели е скъпа. Границите между тънки слоеве гъбени спикули спират разпространението на пукнатината. В същото време влакната на гъбата са много гъвкави - можете да ги завържете на възел, без да губите оптичните си свойства. един

На трето място, те са отлични в предаването на светлина, тъй като съдържат малко количество натриеви йони, които подобряват оптичните свойства. Гъбата е в състояние да добавя тези йони по контролиран начин, като използва органични молекули при нормални температури. Изкуствените влакна се произвеждат при високи температури, за да се разтопи частично стъклото. В този случай добавянето на контролирани количества натриеви йони представлява предизвикателство за производителите. един

Тайната не е лесна

Гъбите може да изглеждат прости и меки, но някои от дълбоките океански гъби изграждат сложни стъклени структури, които са инженерни чудеса.

Фигура 3. Спикуларна структура на гъбата Euplectella. SEM снимка на спирала в напречно сечение, показваща органични нишки (OF), централен цилиндър (CC) и ламинирано покритие (SS).

Морската гъба ще научи архитектите

Дизайнерските чудеса обаче не свършват дотук. Оказа се, че морската гъба има уникални структурни свойства, които придават механична якост и стабилност на нейния крехък материал. 3

Гъбата Euplectella използва набор от трикове, за да трансформира крехкия си скелет в здрави структури. Спикулите, които изграждат скелета на гъбата, са подредени в решетка според отворен пресичащ се модел, подсилен със слой от безструктурно желатиново вещество (мезоглея), които се движат диагонално в двете посоки в редуващи се квадрати (виж Фигура 4).

Тази строителна технология често се използва във високи сгради и домове, за да устои на земетресение или напрежение при срязване, което може лесно да срути неармирана квадратна конструкция. 4

Последните изследвания са открили седем различни нива на структурна йерархия в гъбата. Всяко структурно ниво следва основните принципи на строителството и инженерството, които се използват широко в инженерното проектиране, но в същото време в мащаб 1000 пъти по-малък от сграда. 4

„Скелетът на това същество е само учебник по машиностроене, предлагащ ценни знания, които ще доведат до нови концепции в науката за материалите и инженерния дизайн“, каза Джоана Айзенберг. 3

Фигура 4. Структурните детайли на морската гъба Euplectella следват инженерните принципи, използвани при изграждането на сгради като Swiss Re Tower в Лондон, Hotel De Las Artes в Барселона и Айфеловата кула в Париж.

Технологии на бъдещето

Учените се надяват да копират биологичните процеси на гъбата, за да произведат подобрени влакна и системи, но признават, че „съвременните технологии все още не могат да се конкурират със сложните оптични системи на организмите“. 4

Морската гъба може да научи инженери и архитекти как да изграждат удивително здрави конструкции от чуплив материал.

„Тези гъби се вписват перфектно, с точното количество материал, необходимо за оптимизиране на дизайна. Не мога да си представя как структура от тази сложност може да бъде създадена случайно “, казва Айзенберг. 3

Заключение

Откъде морската гъба взе всичко това? Писанието ни казва: „Защото това, което може да се знае за Бог, е очевидно за тях, защото Бог разкрити на хората. За Неговата невидима, Неговата вечна сила и Божество, от сътворението на света чрез разглеждане на творенията видими, така че да са несподелени "(Рим 1: 19-20).

Учените са работили от години за разработване на оптични влакна. В същото време гъбата има влакна и структури, които превъзхождат човешките технологии. Разумно ли е да се вярва, че такава сложна структура еволюира стъпка по стъпка чрез произволна мутация и селекция? Едва ли.

Ако има дизайн, който превъзхожда човешката технология по сложност и ефективност, тогава е логично да се вярва, че Създателят има интелект, който надминава човешкия. Божият план, разкрит в гъбата, доказва, че всички живи същества не са еволюирали, а са създадени.

Ако такова „просто“ същество се окаже съкровищница на технологиите, тогава какво можем да кажем за сложността на такива конструкции като полет, дишане, зрение или нервна система? „Защото всяка къща е построена от някой; но който е създал всичко, е Бог "(Евр. 3: 4).