根据耶鲁大学领导的一项新研究，太阳能电池板和生物炼油厂的设计者可以从热带珊瑚礁附近发现的五彩斑斓的大蛤蜊身上获得宝贵的启示。这是因为蛤蜊具有精确的几何形状--动态、垂直的光合受体柱，上面覆盖着一层薄薄的光散射层--这可能使它们成为地球上最高效的太阳能系统。
耶鲁大学文理学院物理学副教授、生态学和进化生物学副教授艾莉森-斯威尼（Alison Sweeney）说："这对很多人来说都是违反直觉的，因为蛤蜊是经常会在强烈的阳光下活动，但实际上它们的内部真的很暗。事实上，蛤蜊的太阳能转换效率比任何现有的太阳能电池板技术都要高"。
在发表在《PRX：能源》杂志上的这项新研究中，斯威尼领导的研究小组根据蛤蜊的几何形状、运动和光散射特性，提出了一个用于确定光合系统最大效率的分析模型。这是斯维尼实验室一系列研究中的最新成果，这些研究突出了自然界的生物机制，可为新型可持续材料和设计提供灵感。
在这种情况下，研究人员特别研究了西太平洋帕劳浅水区虹彩巨蛤令人印象深刻的太阳能潜力。
蛤蜊是光合共生的，其表面生长着垂直的圆柱形单细胞藻类。藻类吸收阳光--在光线被一层叫做虹膜细胞的细胞散射之后。研究人员说，藻类的几何形状和虹彩细胞的光散射都很重要。藻类呈垂直排列--这使得它们与射入的光线平行--使藻类能以最有效的速度吸收阳光。这是因为阳光经过虹膜细胞层的过滤和散射后，光线会均匀地环绕每个垂直的藻类圆柱体。
资料来源：耶鲁大学耶鲁大学公共事务与交流办公室
根据蛤蜊的几何形状，斯威尼和她的同事们建立了一个模型来计算量子效率--将光子转化为电子的能力。研究人员还根据热带地区典型的一天日出、正午日照强度和日落情况，将日照波动因素考虑在内。量子效率为 42%。
但是，研究人员又发现了一个新特征：巨蛤会根据阳光的变化伸展自己的身体。这种伸展使它们身上的单细胞藻类柱体变得更短更宽。有了这些新信息，蛤蜊模型的量子效率跃升至 67%，相比之下，热带环境中绿叶系统的量子效率仅为 14%。
根据这项研究，一个耐人寻味的比较对象是北方云杉林。研究人员说，北方云杉林周围环绕着起伏不定的云雾层，与巨蛤有着相似的几何形状和光散射机制，但规模要大得多。它们的量子效率也几乎相同。
斯威尼说："从中得到的一个收获是，考虑生物多样性是多么重要。我和我的同事们将继续集思广益，探讨地球上还有哪些地方可能会出现如此高的太阳能效率。同样重要的是，我们要认识到，只有在生物多样性得以维持的地方，我们才能研究生物多样性。"
她补充说："我们欠帕劳人一个大人情，他们对自己的蛤蜊和珊瑚礁赋予了重要的文化价值，并努力保持它们的原始健康状态。"
这些例子可以为更高效的可持续能源技术提供灵感和启示。可以设想新一代的太阳能电池板，它可以生长藻类，或者是用弹性材料制成的廉价塑料太阳能电池板。
编译自/ScitechDaily