巨型蛤蜊可能是提高太阳能效率的答案

根据耶鲁大学领导的一项新研究，太阳能电池板和生物炼制设计师可以从生活在热带珊瑚礁附近的彩虹色巨型蛤蜊身上学到一些东西

这是因为巨型蛤蜊具有精确的几何形状——由薄的光散射层覆盖的动态垂直的光合受体柱——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、生态学和进化生物学副教授Alison Sweeney说：“这对很多人来说是违反直觉的，因为蛤蜊在强烈的阳光下活动，但实际上它们的内部非常黑暗。”。“事实是，蛤蜊在太阳能转换方面比任何现有的太阳能电池板技术都更有效率。”

在发表在《PRX energy》杂志上的这项新研究中，Sweeney领导的一个研究团队提出了一个分析模型，用于根据巨型蛤蜊的几何形状、运动和光散射特性来确定光合系统的最大效率

这是Sweeney实验室一系列研究中的最新一项，这些研究强调了自然世界的生物机制，可以激发新的可持续材料和设计

在这种情况下，研究人员专门研究了西太平洋帕劳浅水区彩虹色巨型蛤蜊令人印象深刻的太阳能潜力

蛤蜊是光共生的，表面生长着垂直的单细胞藻类圆柱体。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膜细胞的光散射都很重要。藻类垂直排列，与入射光平行，使藻类能够以最有效的速度吸收阳光。这是因为阳光已经被虹膜细胞层过滤和散射，然后光线均匀地包裹在每个垂直的藻类圆柱体周围

来源：耶鲁大学基于巨型蛤蜊的几何形状，Sweeney和她的同事开发了一个计算量子效率的模型，即将光子转化为电子的能力。研究人员还考虑了阳光的波动，这是基于热带地区日出、正午阳光强度和日落的典型一天。量子效率为42%

但随后研究人员又增加了一个新的问题：巨型蛤蜊对阳光变化的反应是如何伸展自己的。Sweeney说：“蛤蜊喜欢一整天都在活动和活动。”。“这种拉伸使垂直柱相距更远，有效地使它们更短、更宽。”

有了这些新信息，clam模型的量子效率跃升至67%。Sweeney说，相比之下，绿叶系统在热带环境中的量子效率只有14%左右

根据这项研究，一个有趣的比较是北方的云杉林。研究人员表示，被起伏的雾层和云层包围的北方云杉林与巨型蛤蜊有着相似的几何形状和光散射机制，但规模要大得多。它们的量子效率几乎相同

Sweeney说：“从中得到的一个教训是，全面考虑生物多样性是多么重要。”。“我和我的同事们继续集思广益，讨论地球上其他地方可能会出现这种太阳能效率水平。同样重要的是要认识到，我们只能在维持生物多样性的地方研究生物多样性。”

她补充道，“我们欠帕劳人一大笔债，他们把重要的文化价值放在蛤蜊和珊瑚礁上，并努力保持它们的原始健康。”

这些例子可能会为更高效的可持续能源技术提供灵感和见解

Sweeney说：“人们可以设想新一代种植藻类的太阳能电池板，或者由弹性材料制成的廉价塑料太阳能电池板。” More information: Amanda L. Holt et al, Simple Mechanism for Optimal Light-Use Efficiency of Photosynthesis Inspired by Giant Clams, PRX Energy (2024). DOI: 10.1103/PRXEnergy.3.023014

Journal information: PRX Energy