Светящиеся водоросли предложили использовать вместо ламп и батарей
Исследование Университета Колорадо (США) в Боулдере, опубликованное в журнале Science Advances, описывает способ управляемого свечения биолюминесцентных водорослей. Ученые показали, что свет в клетках можно поддерживать дольше обычного с помощью простых химических растворов. Это открывает путь к материалам, которые светятся без электричества — от сенсоров до автономных устройств.
По словам профессора гражданского, экологического и архитектурного строительства Уила Срубара, идея была экспериментальной:
«Этот проект был смелой идеей. Мне было любопытно, сможем ли мы создать мир, в котором мы не будем использовать электричество, а будем использовать биологические процессы для производства света. Это открытие действительно открывает путь для разработки других живых световых материалов и устройств».
Как светятся водоросли
В природе биолюминесценция встречается у самых разных организмов — от светлячков до глубоководных рыб и грибов. В океане до 90% обитателей глубин способны к свечению за счет химических реакций внутри клеток.
В центре исследования оказалась водоросль Pyrocystis lunula. Она дает холодное голубое свечение и иногда заметна в океанских волнах. Обычно такие вспышки длятся доли секунды и возникают при внешнем воздействии — например, при движении воды.
Ученые попытались выяснить, можно ли «удержать» этот свет. Для этого водоросли помещали в растворы с разной кислотностью: кислый раствор с pH около 4 (примерно как у томатного сока) и щелочной с pH около 10 (похожий на детское мыло).
Управляемое свечение
Оказалось, что оба варианта запускают биолюминесценцию. Но эффект различается. В кислой среде свет был более ярким и мог сохраняться до 25 минут. В щелочной — слабее и короче по времени.
«Это был очень волнующий момент, когда мы нашли подходящий химический стимулятор, который позволил свету оставаться включенным в течение длительного времени. Это первый раз, когда нам удалось выяснить, как поддерживать свечение», — говорит Джулия Брачи, первый автор работы.
Живые материалы и 3D-печать
Чтобы превратить это явление в материал, встроили биолюминесцентные водоросли в природный гидрогель — водную гелевую основу. Затем с помощью 3D-печати создали разные формы, включая декоративные узоры и логотип университета.
После обработки растворами конструкции начинали светиться синим светом. Внутри геля водоросли оставались живыми несколько недель. В кислой среде они сохраняли около 75% яркости даже спустя четыре недели.
Зачем это нужно
Потенциальные применения выходят за рамки визуальных эффектов. Такие материалы могут использоваться для автономного освещения в труднодоступных средах — например, в глубинах океана или в космических миссиях, где ограничен доступ к энергии.
Еще одно направление — датчики окружающей среды. Ученые проверяют, могут ли водоросли реагировать на другие химические вещества. В таком случае они смогут светиться при наличии токсинов и фактически сигнализировать о загрязнении воды.
Дополнительный плюс — экологичность. Эти организмы фотосинтезируют и используют растворённый углерод, превращая его в энергию, а не потребляя ее из внешних источников.
«Мы накапливаем углерод, производя свет, тогда как традиционно мы выбрасываем углерод для освещения помещений», — отметил Срубар.
