태평양 청소새우가 미친듯이 하얀 이유

바다에서 태평양 청소새우(Pacific Cleaner Shrimp)는 등이 선명한 흰색이고 수염 같은 더듬이가 있어 군중 속에서도 눈에 띕니다. 국제적인 과학자 팀은 최근 이 빛나는 백색 뒤에 숨은 복잡한 생물학적 공학을 밝혀내고 그 결과를 Nature Photonics 저널에 발표했습니다.

이름에서 알 수 있듯이 태평양 청소 새우는 물고기를 "청소"하여 피부에 있는 기생충과 죽은 조직을 먹습니다. 갑각류의 강렬한 흰색 색상은 눈길을 끄는 광고 역할을 하며 물고기가 상호 이익이 되는 청소 서비스에 참여하도록 유도합니다.

태평양 청소새우의 생생한 색상은 빛이 약한 매체에서 나타나는 것을 고려하면 두 배로 인상적입니다. 물은 빛의 입자(광자)가 이동할 수 있는 거리를 크게 제한합니다. 처음 10m 이내의 물은 가시광선 에너지의 50% 이상을 흡수합니다. 200미터 이상에서는 눈에 띄는 빛이 거의 없습니다.

물체는 모든 빛을 반사할 때 흰색으로 나타납니다. 그러나 바다에 반사되는 빛의 입자 수가 적기 때문에 이렇게 눈부신 흰색을 얻기는 어렵습니다. 이는 태평양 청소새우의 큐티클(피부)에 있는 모든 물질이 극도로 반사적이어야 함을 의미합니다.

또한 굴절률이 매우 높아야 합니다. 즉, 빛이 휘어져야 합니다. 눈부신 흰색을 위해서는 물체가 존재하는 매체보다 빛을 훨씬 더 많이 굴절시켜야 합니다. 공기는 굴절률이 높지 않지만 물은 굴절률이 높습니다. 이것이 바로 흰색 물체를 물에 담그면 그 색이 흐릿해져서 거의 회색으로 보이는 이유입니다.

태평양 청소새우의 흰 표피의 내부 작용을 밝혀내기 위해 네게브 벤 구리온 대학교 화학과 조교수인 벤 팔머 박사와 그의 학생 탈리 렘코프가 이끄는 과학자 팀은 저온 기술을 활용했습니다. - 주사전자현미경. 여기에는 새우의 흰색 조직을 급속 냉동한 다음 집중된 전자빔으로 폭파하는 것이 포함되었습니다. 충격은 샘플의 원자와 상호 작용할 때 매우 선명한 나노 크기 이미지로 증류될 수 있는 신호를 생성합니다.

그들이 그 이미지에서 본 것은 정말 놀라운 생명공학이었습니다. 새우의 세포 안에는 폭이 약 300나노미터인 구형 입자가 들어 있었는데, 각 입자는 거의 자전거처럼 바퀴살 모양으로 조직된 분자 더미를 포함하고 있었습니다. 이러한 위치 지정은 광산란 구조가 너무 조밀하게 채워지면 빛의 반사율이 떨어지는 광학적 크라우딩(Optical Crowding)이라는 현상을 극복합니다. 빛을 산란시켜 흰색을 만들려고 한다면 더 효율적인 디자인을 생각해내기 어렵습니다.

팔머 박사는 성명에서 “새우는 분자의 특별한 배열로 입자를 만들어 광학 분야의 근본적인 장애물을 극복했다”고 말했다. "이제 문제는 흰 빵이나 흰색 페인트 및 기타 응용 분야에 식품 첨가물로 사용할 수 있는 새로운 재료를 만들기 위해 이 효과를 어떻게 복제할 수 있느냐 하는 것입니다."

팔머는 미백제인 이산화티타늄을 태평양 청소 새우에서 영감을 받은 유기 화합물로 대체할 계획을 갖고 있습니다. 이산화티타늄은 화장품, 페인트뿐만 아니라 다양한 식품에도 사용됩니다. 2022년 8월, 암을 유발할 수 있다는 우려로 유럽 연합에서는 금지되었지만 미국에서는 FDA가 여전히 이를 허용하고 있습니다. 과학적 증거에 따르면 이산화티타늄은 극히 적은 양으로 사용되어도 아무런 해를 끼치지 않습니다.

피렌체 대학의 분광학 전문 물리학자인 Diederik S. Wiersma는 최근 연구와 함께 발표된 관점에서 또 다른 잠재적인 용도를 제시했습니다.

"자외선으로부터 피부를 보호하면서 기분 좋은 쿨링 효과를 제공하는 인간을 위한 새로운 선크림 개발을 상상할 수 있습니다."