[논문] 리본테일 가오리의 전기 파란색 반점의 신비한 기원이 밝혀졌습니다.

연구자들은 블루스팟 리본테일 가오리(Taeniura lymma)의 전기 파란색 반점을 담당하는 독특한 나노 구조를 발견했으며, 이는 화학 물질이 없는 색상을 개발하는 데 응용될 수 있습니다. 이 팀은 또한 블루 샤크(Prionace glauca)의 똑같이 수수께끼 같은 파란색 색상에 대한 지속적인 연구를 진행하고 있습니다.

“리본테일 가오리 피부는 코어-쉘프 광자 유리 초미세 구조를 사용하여 파란색 구조 색상을 만든다”라는 제목의 이 연구는 첨단 광학 소재 .

피부색은 유기체의 의사소통에서 중요한 역할을 하며, 경고, 유인 또는 위장할 수 있는 생명에 중요한 시각적 단서를 제공합니다. 블루스팟 리본테일 가오리는 눈에 띄는 전기 파란색 반점을 가지고 있습니다. 피부. 그러나, 그 생물학적 과정 이러한 전기적 푸른 반점이 어떻게 생성되는지는 지금까지 미스터리로 남아 있었습니다.

홍콩 시립대학교(CityU) 비교 해부학과 조교수인 메이슨 딘은 “자연에서 파란색을 본다면 그것은 색소가 아니라 조직 나노구조로 만들어졌다는 것을 거의 확신할 수 있습니다.”라고 말합니다. “동물 이해 구조색 광학 물리학에 관한 것뿐만 아니라 관련 재료, 조직에서 그것들이 어떻게 미세하게 조직되어 있는지, 그리고 동물의 환경에서 색상이 어떻게 보이는지에 관한 것입니다. 이 모든 조각들을 하나로 모으기 위해 우리는 여러 국가의 학문 분야로 구성된 훌륭한 팀을 구성했고, 가오리 색상 퍼즐에 대한 놀랍고 재미있는 솔루션을 도출했습니다.”

구조색은 화학 색소의 결과물이라기보다는 빛을 조작하는 매우 작은 구조에 의해 생성됩니다.

“파란색은 파란색 색소가 매우 희귀하고 자연은 종종 나노스케일 구조를 사용하여 파란색을 만들기 때문에 특히 흥미롭습니다.” CityU에서 자연적 착색 메커니즘을 연구하는 박사후 연구원인 Viktoriia Kamska의 말입니다. “우리는 리본테일 가오리에 특히 관심이 있습니다. 다른 대부분의 구조적 색상과 달리 다른 각도에서 볼 때 파란색이 변하지 않기 때문입니다.”

연구진은 다양한 기술을 결합하여 다양한 자연 조건에서 피부 구조를 이해했습니다.

“피부의 미세 구조를 이해하기 위해 우리는 마이크로 CT(micro-CT), 주사 전자 현미경(SEM), 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy)을 사용했습니다. 전자현미경 (TEM)이라고 딘 박사는 말합니다.

“우리는 파란색이 독특한 피부 세포에 의해 생성된다는 것을 발견했습니다. 나노크리스털(버블티에 떠 있는 진주와 같음)을 반사하는 나노스케일 구체의 안정적인 3D 배열이 있습니다.” 최근까지 딘 그룹의 포스트닥이었고, 지금은 더블린 트리니티 칼리지의 방문 학자인 아마르 수라파네니의 말입니다. “나노구조의 크기와 간격이 청색광 파장의 유용한 배수이기 때문에, 이들은 청색 파장을 특별히 반사하는 경향이 있습니다.”

흥미로운 점은 연구진이 구체의 독특한 “준순서화” 배열 덕분에 보는 각도에 따라 색상이 변하지 않는 것을 발견했다는 것입니다.

“그리고 불필요한 색상을 제거하기 위해 색상을 생성하는 세포 아래의 두꺼운 멜라닌 층이 다른 모든 색상을 흡수하여 매우 밝은 파란색 피부가 됩니다.”라고 딘 박사는 말합니다. “결국 두 가지 세포 유형 훌륭한 협업입니다. 구조적 색상 세포는 파란색에 집중하는 반면, 멜라닌 색소 세포는 다른 파장을 억제하여 매우 밝은 파란색 피부가 탄생합니다.”

연구팀은 이 매혹적인 푸른색이 가오리에게 위장에 유리한 조건을 제공할 가능성이 있다고 믿고 있다.

“물 속에서 파란색은 다른 어떤 색보다 더 깊이 침투하여 동물이 주변 환경과 조화를 이루는 데 도움이 됩니다.” 딘 박사가 말했습니다. “가오리의 밝은 파란색 피부 반점은 시야각에 따라 변하지 않습니다. 따라서 동물이 수영하거나 물결치는 날개로 빠르게 기동할 때 위장에 특정 이점이 있을 수 있습니다.”

현재 이 연구를 응용하여 탐구하고 있는 분야로는 생물에서 영감을 받은 무색소 유색 소재 등이 있습니다.

“우리는 가오리 피부의 부드러운 특성에서 영감을 받아 섬유, 유연한 디스플레이, 화면 및 센서에서 안전하고 화학 물질이 없는 색상을 위해 유연한 생체 모방 구조적 색상 시스템을 개발하기 위해 동료 연구원들과 협업을 추진하고 있습니다.”라고 딘 박사는 말합니다.

캄스카 박사와 그녀의 팀은 가오리에 대한 연구 외에도 청상아리를 포함한 다른 가오리와 상어의 푸른 색상을 조사하고 있습니다.

“푸른 상어”라는 이름과 그 생태학적 측면이 잘 연구되었음에도 불구하고 아무도 그것이 어떻게 푸른 색 “피부에서 생성됩니다.”라고 캄스카 박사는 말합니다. “예비 결과는 이 색상 메커니즘이 가오리와 다르다는 것을 보여줍니다. 하지만 가오리와 마찬가지로 우리는 다양한 미세 이미징 도구 조합을 시도하고 광학, 재료 및 생물 과학의 여러 관련 분야를 다룰 필요가 있습니다.”

다음 기사도 곧 나올 예정입니다. 세포 및 발달 생물학의 최전선“중간 필라멘트는 세포 내 나노 구조를 공간적으로 조직하여 개체 발생 전반에 걸쳐 리본꼬리 가오리의 밝은 구조적 파란색을 생성합니다.”라는 제목의 논문입니다.

이 연구는 다음에서 발표됩니다. 실험생물학 학회 연례 컨퍼런스 2024년 7월 2일부터 5일까지 프라하에서 개최됩니다.