바이오인

 Bio-inspired 기술 : 갑각류 유충에서 발견한 광학 솔루션

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-24

■ 먼 바다 갑각류의 눈동자에서 반사 위장(포식자의 위협으로부터 보호) 능력과 시각을 모두 지닌 광 조작 물질을 발견

○ 개방 수역 및 원양에서 살아가는 많은 동물들은 포식자에 대한 방어 수단으로 다양한 광 조작 위장(투명, 무반사 및 반짝이는 반사구조 등)을 사용

- 투명은 효과적인 위장 방법이지만 시각에 의존하는 동물의 전신 투명은 불가능하며 시력을 위해서는 매우 어두운 눈 색소가 필요한데, 이 때문에 포식자에게 감지될 위험이 높아짐

○ 투명한 유기체들은 눈과 망막의 크기, 가시성을 줄이거나 눈 색소를 숨기기 위해 거울 홍채를 사용하는 등 볼 수 있으면서도 보이지 않는 능력을 획득하기 위해 독자적인 해결책으로 진화

- 일부 갑각류의 유충들은 이 딜레마에 대한 해결책으로 반사 위장을 사용. 눈의 어두운 부분이 주변 물의 색깔과 일치하는 빛으로 반사할 수 있는 광자 구조인 반짝이는 눈(eyeglitter)으로 진화

■ 최근 이스라엘과 영국의 공동 연구팀*은 민물새우 Machrobrachium rosenbergi 유충의 눈반짝임(eyeglitter) 위장의 화학적 및 구조적 기초를 규명

* 이스라엘 Ben-Gurion University의 Benjamin A. Palmer 교수와 영국 University of Cambridge의 Johannes Haataja 교수 연구팀

○ 연구팀은 M. rosenbergi의 황녹색 눈을 광학 현미경 및 Cryo-SEM으로 분석하여 눈반짝임 위장은 이전에 알려지지 않은 물질로 구성된 나노구임을 밝히고 그 결과를 Science지에 발표(2023, 2월 17일자 Cover srory)

출처 : Science, Vol.379, Issue 6633, 2023,2.17

- 눈반짝임 구조는 소형의 광자 유리(photonic glass) 성분인 이소잔토프테린 (Isoxanthopterin) 어셈블리(assembly)로 구성된 나노구(nanospheres) 형태

- 결정성 이소잔토프테린 나노구를 구성하는 광자 유리는 눈의 내부 표면에서 빛을 반사하는 동시에 어둠 속에서 시력을 높이는 등의 역할도 하는 것으로 분석

※ 이러한 다기능 반사 구조는 다른 유충에서도 발견되는데, 예를 들어 사마귀 새우 애벌레의 광수용체 내부 반사 구조는 일부 광수용체에 도달하는 빛을 여과하는 동시에 다른 세포의 감도를 향상시키기 위해 빛을 반사하기도 함

○ 또한 나노구의 크기와 순서를 제어함으로써 짙은 파란색에서 황록색까지 반사율을 조정할 수 있는 것으로 분석

- 이를 통해 유기체는 다양한 서식지에서 눈 반사율을 서식지의 물 색깔과 일치시켜 포식자의 시야에서 자신을 보호

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