В акулах обнаружили новейший протонно-проводящий материал

Большинство видов акул могут обнаруживать очень слабые электрические поля, производимые другими животными, используя множество необычных крошечных органов, известных как ампулы Лоренцини.

Как именно работают эти электросенсорные органы, до недавнего времени оставалось научной загадкой, однако новое исследование вывело процесс изучение этого вопроса на качественно новый уровень.

Впервые описанные Стефано Лоренцини в 1678 году ампулы, впоследствии названные именем своего первооткрывателя, визуализируются как мелкие поры в коже вокруг головы и на нижней челюсти акулообразных, подкласса хрящевых рыб.

Каждая пора является открытой. Под кожей она связана набором электросенсорных клеток длинным каналом, заполненным прозрачным, вязким желе.

В новом исследовании, опубликованном 13 мая 2016 года в известном научном журнале "Science Advances" (рус. Научные успехи), группа исследователей из Калифорнийского университета Санта Круз, университета Вашингтона и исследовательского института Бенаройя-Мейсон в Вирджинии описываются свойства этого сверхпроводимого желе - "молочного киселя".

Члены научной группы обнаружили, что он является отличным протонно-проводящим материалом. Этот естественный биоматериал с высокой проводимостью протонов ранее никогда не исследовался.

В своей работе учёные извлекали желе из ампул Лоренцини, после чего измеряли способность этого желе проводить электрический ток.

Результаты измерений показали, что биологический материал хорошо проводит протоны - положительно заряженные ядра водорода.

Полученная экспериментально величина проводимости составляет 2±1 миллисименса на сантиметр. По словам исследователей, это рекордная величина для биологических материалов: она всего в 40 раз меньше характерных значений для самого современного на сегодняшний день протон-проводящего полимера - нафиона. Мембраны из этого вещества используют в топливных элементах.

Интеграция сигналов, производимых акулами, позволяет топ-хищникам обнаруживать изменения в электрическом поле, равные всего 5 нановольта на 1 см.

Но то, как такие слабые сигналы передаются из их пор через сенсорные клетки в головной мозг, сейчас является предметом живых дискуссий.

Исследователи предполагают, что сульфатированные протеогликаны, присутствующие во внеклеточном матриксе соединительной ткани этого желе, могут обеспечивать эту высокую протонную проводимость.

Протонная проводимость - это способность материала пропускать протоны (положительные ионы водорода). В системе гидратированных гидрофильных полимеров, характеризующейся большим количеством водородных связей, протонная проводимость может возникать в цепочках этих соединений.

Я впервые измерил протонную проводимость в желе, выдавленном из пор акул. И был очень удивлен, - сказал первый автор научной публикации Эрик Йосбергер, - Я не ожидал, что натуральный материал имеет проводимость протона, альтернативную проектированному материалу, подобному Нафиону.

Новые выводы могут представлять высокий практический интерес для исследователей в области материаловедения.

Это исследование было профинансировано Национальным Научным Фондом, Управлением военно-морских исследований и Национальным институтом здоровья (США).

В более ранних исследованиях уже указывалось, что материал можно рассматривать как полупроводник с выраженной зависимостью электрической проводимости от температуры.

Исследования и анализ данной жидкости, соединяющей ампулы Лоренцини и электросенсорную систему акул, позволили выявить множество революционных открытий и идей.

Мы надеемся, что сможем найти этому открытию значительное применение в дальнейших исследованиях, - поделились своим мнением учёные.