Une nouvelle étude réalisée montre comment les coquilles vitreuses des diatomées ont tendance à aider ces organismes microscopiques à effectuer la photosynthèse dans des conditions sombres..
Une meilleure compréhension de la façon dont ces phytoplanctons ont tendance à récolter et à communiquer avec la lumière pourrait conduire à l’amélioration des capteurs, des cellules solaires et des composants photovoltaïques.
Le modèle informatique et la boîte à outils que nous avons développés pourraient ouvrir la voie à des dispositifs optiques durables et manufacturables à grande échelle et à des outils de collecte de lumière plus efficaces basés sur des coquilles de diatomées.. Cela pourrait être utilisé dans des dispositifs biomimétiques de capteurs, de nouvelles technologies de communication ou des moyens abordables de produire de l’énergie propre.
Santiago Bernal, membre de l’équipe de recherche, Université McGill
Les diatomées sont des organismes unicellulaires présents dans la plupart des plans d’eau. Leurs coquilles sont voilées dans des trous qui réagissent différemment à la lumière en fonction de leur espacement, de leur taille et de leur composition.
dans la revue Matériel visuel ExpressLes scientifiques, dirigés par David V. Plant et Mark Andrews de l’Université McGill, rapportent l’étude visuelle initiale de la coquille complète d’une diatomée. Ils ont examiné comment différentes sections du cortex, ou frustule, réagissaient à la lumière du soleil et comment cette réponse était liée à la photosynthèse.
« Sur la base de nos découvertes, nous estimons que les granules pourraient contribuer à une augmentation de 9,83 % de la photosynthèse, en particulier lors de la transition d’un ensoleillement élevé à un faible ensoleillement.. Notre modèle est le premier à expliquer le comportement optique d’un champ entier. Par conséquent, cela contribue à l’hypothèse que les granules favorisent la photosynthèse chez les diatoméesC’est ce qu’a déclaré Yannick de Melo, premier auteur de l’article.
Combinez microscopie et simulation
Les diatomées ont évolué pendant des millions d’années pour survivre dans n’importe quel environnement aquatique. Sa coquille se compose de plusieurs régions qui travaillent collectivement pour récolter la lumière du soleil. Afin de mieux comprendre la photoréponse des frustules de diatomées, les scientifiques ont combiné des simulations photométriques computationnelles avec diverses méthodes de microscopie.
Les scientifiques ont commencé par imager la structure du fristol à l’aide de quatre méthodes de microscopie à haute résolution : la microscopie électronique à balayage, la microscopie à fond noir, la microscopie optique à champ proche et la microscopie à force atomique. De plus, ils ont utilisé ces images pour informer un ensemble de modèles construits par des scientifiques pour examiner chaque partie du frustule à travers une simulation 3D.
À l’aide de ces simulations, les scientifiques ont analysé comment les différentes couleurs de la lumière du soleil communiquent avec les structures et ont identifié trois mécanismes principaux de collecte de l’énergie solaire : la redistribution, la capture et la rétention. Cette méthode leur a permis de combiner les différentes idées photosynthétiques de la pierre et de montrer comment elles fonctionnent collectivement pour aider à mener à bien le processus de photosynthèse.
Nous avons utilisé différentes simulations et techniques de microscopie pour examiner chaque composant séparément. Nous avons ensuite utilisé ces données pour construire une étude de la façon dont la lumière interagit avec la structure, à partir du moment où elle est captée, jusqu’à où elle est distribuée ensuite, combien de temps elle est retenue, et jusqu’au moment où elle est susceptible d’être absorbée par la cellule. ..
Yannick de Mello, auteur principal de l’étude, Département de génie électrique et des communications, Université McGill
Promouvoir la photosynthèse
L’étude a révélé que les longueurs d’onde avec lesquelles le cortex interagissait correspondaient aux longueurs d’onde qui étaient absorbées au moment de la photosynthèse. Cela indique qu’il pourrait être développé pour aider à capter la lumière du soleil. Les scientifiques ont également découvert que différentes régions des granules peuvent redistribuer la lumière pour l’absorber dans toute la cellule.
Cela indique que le revêtement a évolué pour améliorer l’exposition de la cellule à la lumière ambiante. De plus, leurs découvertes ont indiqué que la lumière circule longtemps dans les gelées pour faciliter la photosynthèse pendant les périodes de transition allant de la haute à la basse lumière.
Un modèle de frustule nouvellement développé pourrait permettre de cultiver des espèces de diatomées qui ont tendance à récolter la lumière à différentes longueurs d’onde, leur permettant ainsi d’être adaptées à des applications spécifiques.
Les mécanismes de collecte de lumière des diatomées peuvent être utilisés pour améliorer l’absorption des panneaux solaires en permettant à la lumière du soleil d’être collectée à plus d’angles, supprimant ainsi partiellement la dépendance du panneau à faire face directement au soleil..
Santiago Bernal, membre de l’équipe de recherche, Université McGill
Les scientifiques travaillent actuellement à affiner leur modèle et prévoient d’utiliser leur nouvelle boîte à outils pour étudier d’autres types de diatomées. Ensuite, ils ont prévu d’étendre le modèle au-delà des interactions de la lumière au sein d’un seul frustule pour analyser les comportements causés par la multitude de frottements.
Référence de la revue :
D’Mello, Y. et al. (2022) Mécanismes de récupération d’énergie solaire à partir de frustules Nitzschia filiformis diatomées. doi.org/10.1364/OME.473109.
la source: https://www.optica.org/en-us/home/
