En sak är uppenbar:malens ögon och ormens hud är helt olika. Forskare vid Kiel University har tittat närmare på, dock, och har nu fört de förmodade "äpplena och apelsinerna" till en gemensam nämnare. De har öppnat upp en helt ny, jämförande syn på biologiska ytor med en nyutvecklad metod, och har därmed kommit närmare lösningen på hur dessa ytor fungerar. Dr Alexander Kovalev, Dr Alexander Filippov och professor Stanislav Gorb från Zoological Institute vid Kiel University har publicerat sina resultat i den aktuella upplagan av den vetenskapliga tidskriften Tillämpad fysik A .
En yta visar minskad ljusreflektion, den andra är vattenavvisande och motståndskraftig mot nötning. Ytor i djurvärlden är utvecklade för att anpassa sig till sina miljöer och ge djuret de täcker största möjliga evolutionära fördel. Forskare är idag fortfarande förbryllade över exakt hur och varför dessa olika strukturer utvecklas i detalj.
Aktuell forskning tittar rakt in i ytans nanostrukturer med hjälp av de senaste forskningsteknikerna. I vanliga fall, vi skulle begränsa oss till jämförelser inom närbesläktade arter och bara titta noga på små områden på ytan, säger Gorb:"Det är därför vi frågade oss vilka strukturella skillnader som kan finnas mellan helt olika arter. För att göra det, vi ändrade biologins typiska perspektiv och tog upp större ytareor från olika arter." Dessa typer av artöverskridande eller tvärmaterialstudier av nanostrukturer är vanliga inom andra tekniska eller oorganiska områden. Inom biologi, dock, denna metod är helt ny, Gorb fortsätter.
Idén fick de från dekorationerna i korridoren på det egna institutet, där svepelektronmikroskopbilder av nattfjärils ögon och ormhud visas. Vid något tillfälle, teoretisk fysiker Filippov märkte likheter mellan bilderna, som visade ytorna med en upplösning på några miljondelar av en millimeter. Bröstvårtor och gropar kunde ses som för det mänskliga ögat tycktes följa ett visst mönster. Med hjälp av metoder som normalt används inom kristallografi, forskarna kunde äntligen känna igen de speciella mönstren som skiljer de två arterna åt. "Strukturen av mals ögon är perfekt organiserad. Bröstvårtorna är mycket ordnade, och föredragna riktningar visas i den strukturella organisationen, " förklarar Kovalev, biofysiker och huvudförfattare till studien. Forskarna var redan medvetna om ögonstrukturens strikta symmetri. Dock, det faktum att detta går ända fram till nanonivån och upprepas över hela ytan i så kallade domäner, är ett viktigt nytt fynd.
Så vilken symmetri har ormens hud, som vid första anblicken ser likadant ut, kanske ännu mer perfekt organiserad? "Jämfört med strukturen av malens öga, strukturen på ormens hud är oorganiserad, " förklarar Kovalev. Han fortsatte:"Om vi koncentrerar oss på en grop i huden, som en bröstvårta i ögat, vi ser bara ett diffust moln av ytterligare gropar i den närliggande omgivningen. Varken särskilda riktningar eller det vanliga arrangemanget kan definieras. Denna oorganiserade struktur fortsätter över hela ytan."
Själva, dessa fynd om den organiserade ögonstrukturen å ena sidan och den oorganiserade hudstrukturen å andra sidan är inte särskilt signifikanta. Men genom att ta den gemensamma nämnaren, d.v.s. undersöka båda strukturerna med samma upplösningsgrad, det är för första gången möjligt att jämföra fundamentalt olika strukturer, förklarar Gorb:"Men, den "slumpmässiga" organisationsgraden är inte en tillfällighet, men ett resultat av evolutionen. Det skulle betyda att den perfekta organisationen ger malen dess otroliga mörkerseende, medan den ofullkomliga organisationen i ormens hud säkerställer de bästa friktionsegenskaperna." Det låter logiskt, när du tänker på fysikens lagar, att en symmetrisk struktur är nödvändig för god sikt och goda friktionsegenskaper kräver att ytordningen i kontakten med marken är så låg som möjligt.
Om de Kiel-baserade forskarna hade följt de vanliga tillvägagångssätten och jämfört ormar med ormar och nattfjärilar med malar, organiseringen av elementen på nanonivå skulle knappast ha ansetts betydelsefull. "Genom att jämföra evolutionära avlägsna arter, vi ser nu att nyckeln till att förstå ytfunktioner måste ligga precis på den minsta nivån. Varje biologisk yta är anpassad till sin miljö, och dessa anpassningar återspeglas i organisationen av deras minsta element i en viss perfekt eller ofullkomlig grad, " avslutar Gorb.
