Eén ding is duidelijk:de ogen van motten en de huid van een slang zijn totaal verschillend. Onderzoekers van de Universiteit van Kiel hebben een kijkje genomen, echter, en hebben nu de zogenaamde 'appels en peren' tot een gemeenschappelijke noemer gebracht. Ze hebben een volledig nieuwe, vergelijkend beeld van biologische oppervlakken met behulp van een nieuw ontwikkelde methode, en zijn zo dichter bij de oplossing gekomen van hoe deze oppervlakken werken. Dr. Alexander Kovalev, Dr. Alexander Filippov en professor Stanislav Gorb van het Zoölogisch Instituut van de Universiteit van Kiel hebben hun bevindingen gepubliceerd in de huidige editie van het wetenschappelijke tijdschrift Technische Natuurkunde A .

Eén oppervlak vertoont verminderde lichtreflectie, de andere is waterafstotend en slijtvast. Oppervlakken in de dierenwereld zijn geëvolueerd om zich aan te passen aan hun omgeving en het dier dat ze bedekken het grootst mogelijke evolutionaire voordeel te geven. Wetenschappers zijn vandaag nog steeds verbaasd over hoe en waarom deze verschillende structuren zich in detail ontwikkelen.

Huidig ​​onderzoek kijkt rechtstreeks naar de oppervlakte-nanostructuren met behulp van de nieuwste onderzoekstechnieken. Normaal gesproken, we zouden ons beperken tot vergelijkingen binnen nauw verwante soorten en gewoon goed kijken naar kleine delen van het oppervlak, zegt Gorb:"Daarom vroegen we ons af welke structurele verschillen er zijn tussen totaal verschillende soorten. we veranderden het typische perspectief van de biologie en richtten ons op grotere oppervlakten van verschillende soorten." Dit soort cross-species of cross-materiaal studies van nanostructuren komen vaak voor in andere technische of anorganische gebieden. In de biologie, echter, deze methode is volledig nieuw, Gorb gaat verder.

Ze kregen het idee van de versieringen in de gang van hun eigen instituut, waar scanning-elektronenmicroscoopbeelden van mottenogen en slangenhuid worden getoond. Op een gegeven moment, theoretisch fysicus Filippov merkte overeenkomsten op tussen de beelden, die de oppervlakken liet zien met een resolutie van enkele miljoensten van een millimeter. Er waren tepels en kuiltjes te zien die voor het menselijk oog een bepaald patroon leken te volgen. Met behulp van methoden die normaal worden gebruikt in kristallografie, de wetenschappers waren eindelijk in staat om de specifieke patronen te herkennen die de twee soorten onderscheiden. "De structuur van mottenogen is perfect georganiseerd. Tepels zijn zeer geordend, en voorkeursrichtingen worden getoond in de structurele organisatie, " legt Kovalev uit, biofysicus en hoofdauteur van de studie. De wetenschappers waren zich al bewust van de strikte symmetrie van de oogstructuur. Echter, het feit dat dit doorgaat tot op nanoniveau en zich herhaalt over het hele oppervlak in zogenaamde domeinen, is een belangrijke nieuwe bevinding.

Dus welke symmetrie heeft de huid van een slang, die op het eerste gezicht vergelijkbaar lijkt, misschien nog perfecter georganiseerd? "Vergeleken met de structuur van het oog van de mot, de structuur van de huid van de slang is ongeorganiseerd, " legt Kovalev uit. Hij vervolgde:"Als we ons concentreren op één kuiltje in de huid, als een tepel in het oog, we zien alleen een diffuse wolk van verdere kuiltjes in de nabije omgeving. Noch specifieke richtingen, noch de reguliere regeling kunnen worden gedefinieerd. Deze ongeorganiseerde structuur zet zich over het hele oppervlak voort."

Zelfstandig, deze bevindingen over de georganiseerde oogstructuur enerzijds en de ongeorganiseerde huidstructuur anderzijds zijn niet bijzonder significant. Maar door de gemene deler te nemen, d.w.z. beide structuren onderzoeken met dezelfde resolutie, het is voor het eerst mogelijk om fundamenteel verschillende structuren te vergelijken, legt Gorb uit:"Echter, de 'toevallige' organisatiegraad is niet toevallig, maar een resultaat van evolutie. Dat zou betekenen dat de perfecte organisatie de mot zijn ongelooflijke nachtzicht geeft, terwijl de imperfecte organisatie in slangenhuid zorgt voor de beste wrijvingseigenschappen." Dat klinkt logisch, als je kijkt naar de wetten van de fysica, dat een symmetrische structuur nodig is voor een goed zicht en goede wrijvingseigenschappen vereisen dat de oppervlakteordening in het contact met de grond zo laag mogelijk is.

Als de in Kiel gevestigde onderzoekers de gebruikelijke benaderingen hadden gevolgd en slangen met slangen en motten met motten hadden vergeleken, de organisatie van de elementen op nanoniveau zou nauwelijks als significant zijn beschouwd. "Door evolutionaire verre soorten te vergelijken, we zien nu dat de sleutel tot het begrijpen van oppervlaktefuncties op het kleinste niveau moet liggen. Elk biologisch oppervlak is aangepast aan zijn omgeving, en deze aanpassingen worden weerspiegeld in de organisatie van hun kleinste elementen in een bepaalde volmaakte of onvolmaakte mate, ’ concludeert Gorb.