שיתוף פעולה מופלא בין צדפה לאצה עשוי לסלול את הדרך לטכנולוגיות אופטיות חדשות
במעמקי שוניות האלמוגים הטרופיות, צדפות קטנות בשם Corculum cardissa מסתירות סוד מדעי יוצא דופן. מחקר חדש שפורסם בכתב העת Nature Communications חושף שהצדפות הללו, המכונות גם "צדפות לב" בזכות צורתן, פיתחו מבנים זעירים דמויי סיבים אופטיים, שמאפשרים להן להעביר אור שמש מבעד לקונכייה אל אצות החיות בתוכן. זהו שיתוף פעולה מופלא: האצות, בתהליך של פוטוסינתזה, משתמשות באור כדי לייצר סוכרים שמזינים את הצדפה. בתמורה, הצדפה מספקת לאצות בית בטוח ואור חיוני.
הקשר הזה נקרא סימביוזה הדדית – מערכת יחסים קרובה בין שני מינים, ששני הצדדים מפיקים ממנה תועלת. במקרה של הצדפות והאצות, הצדפה נהנית ממקור ישיר לחומרים מזינים, בעוד שהאצות זוכות בסביבה מוגנת ומוארת. בטבע קיימות מערכות סימביוטיות רבות. למשל חזזיות הן פטריות ואצות שגדלות ביחד ותלויות זו בזו, ואילו בגוף האדם חיים חיידקים רבים שמסייעים לנו בתהליכי עיכול וזוכים בתמורה בסביבת מחיה נוחה ועשירה במזון. אבל הדוגמה של הצדפה ייחודית, וממחישה עד כמה מנגנון שיתוף הפעולה בין המינים יכול להיות מתוחכם.
החלק העליון של הצדפה מעביר עד 60 אחוז מהאור הנחוץ לאצות, בשעה שהחלק התחתון מעביר רק כרבע מכמות האור הדרושה. שורה עליונה: צדפות מהסוג Corculum, שורה תחתונה: הצדפות מוארות מבפנים | מתוך McCoy et al, 2024
אופטיקה חדשה?
לצדפות הללו יש קונכייה בעלת שני חלקים – בסיס שנח על קרקעית הים, ומכסה שפונה אל פני הים. החוקרים גילו שהחלק העליון של הצדפה חדיר מאוד לאור, ומעביר עד 60 אחוז מהאור הנחוץ לאצות לצורך פוטוסינתזה, בשעה שהחלק התחתון מעביר רק כרבע מכמות האור הדרושה.
סוד הפער הזה טמון במבנה המורכב והמדויק של מכסה הצדפה. באמצעות מערך זעיר של גבישים מוארכים, העשויים מהמינרל ארגוניט (Aragonite) ומזכירים בתכונותיהם סיבים אופטיים, הצדפות יוצרות מעין חלונות שמאפשרים לאור לחדור פנימה ולספק אנרגיה לאצות הסימביוטיות שבתוכן. יתרה מזאת, הגבישים פועלים כעדשות מיקרוסקופיות, כך שהאור לא רק עובר דרך מכסה הקונכייה, אלא גם מתרכז ומוחדר לעומק הרקמות הפנימיות – בדיוק למקום שבו נמצאות האצות.
המבנה המתוחכם הזה מאפשר לאצות לנצל את האור ביעילות מרבית, בשעה שהצדפה נותרת סגורה בקונכייתה ומוגנת מפני טורפים. הסיבים הללו גם מסננים חלק מהקרינה העל-סגולה המזיקה, וכך מאפשרים לאצות להפיק מהאור את מרב היתרונות, עם סיכון מופחת להיפגע מנזקי קרינה.
הגילוי הזה אינו מוגבל רק להבנת המנגנון המשוכלל של הצדפות, אלא טומן בחובו פוטנציאל טכנולוגי רב. המבנים הללו יכולים לשמש בסיס לפיתוח מערכות אופטיות מתקדמות בהשראת הטבע. בשונה מסיבים אופטיים מלאכותיים, העשויים מזכוכית או מפלסטיק, דורשים תהליכי ייצור מורכבים ורגישים לקרינה, הסיבים הטבעיים של הצדפה, המורכבים ממינרלים, מציעים יתרונות משמעותיים: הם עמידים יותר, מסוגלים לסנן קרינה מזיקה, ומציעים פתרון בר-קיימא בעידן של דרישה לטכנולוגיות ירוקות. התכונות הללו פותחות שער לפיתוח טכנולוגיות אופטיות חסכוניות, יעילות ועמידות, המתאימות לתעשיות מתקדמות של תקשורת, קולטי שמש ורפואה.
הקשר ההדדי בין הצדפה לאצות מדגיש את כוחם של שיתופי פעולה בטבע, וממחיש היטב כמה הרבה אנו יכולים ללמוד ממערכות טבעיות. בדומה לסיבים האופטיים שפתחו בפנינו דרכים חדשות לתקשר, ייתכן שבבוא היום נוכל ליישם את החוכמה האבולוציונית של הצדפה כדי לשפר את חיינו. הטבע, כך נראה, נמצא גם כאן צעד אחד לפנינו, עם פתרונות שרק ממתינים לגילוי.
