Глаза морских гребешков помогут улучшить зеркала телескопов

Оптическая система глаз морских гребешков включает в себя вогнутое зеркало, которое отражает и фокусирует свет. Ученые показали, что эти зеркала многослойные и состоят из стопок кристаллов гуанина. По мнению авторов работы, знания о природных зеркалах с такой структурой помогут улучшить технологии создания оптических приборов — например, телескопов. Также в статье, опубликованнойв Science, исследователи описали модель формирования изображения в глазах моллюска

У морских гребешков — съедобных двустворчатых моллюсков — больше двух сотен глаз. Глаза расположены по краю мантии моллюска и устроены не так, как у людей. Если у нас свет фокусируется на сетчатке при помощи линзы, в роли которой выступает хрусталик, у моллюсков свет собирается при помощи вогнутого зеркального слоя. Подобное устройство глаза также характерно для глубоководных рыб и ракообразных.

Глаза морского гребешка

Benjamin A. Palmer et al / Science 2017

Сам зеркальный слой состоит из кристаллов гуанина — вещества, которое служит одним из четырех оснований в ДНК. Использование таких кристаллов в качестве оптического материала не уникально в природе — они участвуют в создании радужной расцветки панциря некоторых планктонных рачков и чешуи тропических рыб.

Несмотря на то, что о существовании зеркальных глаз у моллюсков ученым известно более двухсот лет, детальную структуру зеркального слоя удалось рассмотреть только сейчас. Исследователи из института Вейцмана в Реховоте (Израиль) при помощи криоэлектронной сканирующей микроскопии изучили ультраструктуру зеркального слоя глаза морского гребешка Pecten maximus.

Зеркало состоит из 20-30 слоев, каждый из которых сложен из точно подогнанных пластинок. Пластинки представляют из себя квадратные кристаллы шириной в микрон. Верхние слои кристаллов лежат на нижних таким образом, что образуются ровные стопки. Судя по наличию четкой структуры по всему зеркальному слою, рост кристаллов строго контролируется.

Сегментированное зеркало в глазу морского гребешка

Сетчатка у гребешков тоже устроена необычно — она двуслойная, причем верхний слой состоит из клеток, которые очень похожи на фоторецепторы млекопитающих. Ученые при помощи моделирования работы оптической системы моллюска предположили, что два слоя сетчатки играют роль в создании центрального и периферического фрагментов изображения. В зависимости от того, под каким углом на зеркало падает свет, он преимущественно фокусируется на одном из слоев.

Что интересно, оптическая система гребешка очень напоминает сегментированные зеркала, которые используются в зеркальных телескопах. Даже большие космические телескопы используют зеркала для фокусировки волн. К примеру, зеркало «Джеймса Уэбба», который должны запустить в 2018 году, состоит из 18 шестиугольных сегментов, а его диаметр составляет 6,5 метров, что почти в три раза больше, чем у телескопа «Хаббл».

Сегментированное зеркало "Джеймса Уэбба"

NASA

Авторы работы предполагают, что знания об устройстве природных сегментированных зеркал, которые используются для создания очень эффективных оптических систем, устойчивых к помехам, помогут инженерам создать новый тип приборов.

О том, как сейчас создаются зеркала для телескопов, можно узнать в нашем материале, посвященном экскурсии на Лыткаринский завод оптического стекла.