Массовое вымирание коралловых рифов — это катастрофа глобальных масштабов, но масштабы их успеха как организмов дают учёным пищу для ума. Исследователи Кембриджского университета с помощью 3D-печати создали «бионические кораллы», которые представляют собой нечто большее, чем мёртвый скелет — они состоят из микроорганизмов.
Пару лет назад учёные уже предлагали создавать с помощью 3D-печати структуры сложной формы, напоминающие рифы и способные выступать в качестве основы, на которой могут расти новые кораллы и другие морские организмы. Это хорошая идея, но риф — не просто мёртвая основа.
Кораллы представляют собой результат сложного симбиоза между собственно коралловыми полипами и водорослями, которые живут внутри них, в мезоглее. Водоросли используют фотосинтез для создания сахара для своего организма-хозяина, а коралловые полипы обеспечивают безопасную среду обитания и, что интересно, также весьма эффективны для сбора и перенаправления света. Это партнёрство было плодотворным на протяжении миллионов лет, однако повышение температуры и кислотности океана нарушили хрупкий баланс.
Команда из Кембриджского университета поняла, что для успешной имитации коралловой микроэкосистемы необходимо воспроизвести это особое свойство захвата солнечного света и его рассеивания внутри для использования водорослями-резидентами. Поэтому они тщательно изучили структуру кораллов и постарались воссоздать её на микроскопическом уровне. Но вместо обычного прочного субстрата они создали своего рода живой гель.
«Мы разработали искусственную коралловую ткань и скелет с комбинацией полимерных гелей и гидрогелей, легированных целлюлозными наноматериалами, чтобы имитировать оптические свойства живых коралловых полипов», — пояснил химик Даниэль Вангпразер (Daniel Wangpraseurt), ведущий автор статьи, в которой описывается методика. Водоросли были тоже внедрены в печатаемую смесь, поэтому исследователи, по сути, печатали живое вещество.
Подобная методика уже тестируется и используется в медицинских целях — например, для печати части органа или ткани для последующей имплантации. Но в данном случае должна быть получена не определённая крупномасштабная форма, а структура с чрезвычайно сложной внутренней геометрией, которая максимизирует доступ света к поверхности. При этом печать должна производиться быстро, чтобы водоросли не умерли.
Получающаяся в результате биопечатная структура является идеальным домом для водорослей, обеспечивая темпы роста, во много раз превышающие показатели обычной среды. К сожалению, пока нет оснований полагать, что технология позволит восстанавливать коралловые рифы. Однако работы в этой области дают дополнительное понимание экосистемы, в которой процветает симбиоз коралловых полипов и водорослей.
В то же время увеличение скорости роста водорослей имеет коммерческие перспективы: начинающая компания Mantaz собирается использовать эту технологию уже в ближайшей перспективе.
Массовое вымирание коралловых рифов — это катастрофа глобальных масштабов, но масштабы их успеха как организмов дают учёным пищу для ума. Исследователи Кембриджского университета с помощью 3D-печати создали «бионические кораллы», которые представляют собой нечто большее, чем мёртвый скелет — они состоят из микроорганизмов. Пару лет назад учёные уже предлагали создавать с помощью 3D-печати структуры сложной формы, напоминающие рифы и способные выступать в качестве основы, на которой могут расти новые кораллы и другие морские организмы. Это хорошая идея, но риф — не просто мёртвая основа. Кораллы представляют собой результат сложного симбиоза между собственно коралловыми полипами и водорослями, которые живут внутри них, в мезоглее. Водоросли используют фотосинтез для создания сахара для своего организма-хозяина, а коралловые полипы обеспечивают безопасную среду обитания и, что интересно, также весьма эффективны для сбора и перенаправления света. Это партнёрство было плодотворным на протяжении миллионов лет, однако повышение температуры и кислотности океана нарушили хрупкий баланс. Команда из Кембриджского университета поняла, что для успешной имитации коралловой микроэкосистемы необходимо воспроизвести это особое свойство захвата солнечного света и его рассеивания внутри для использования водорослями-резидентами. Поэтому они тщательно изучили структуру кораллов и постарались воссоздать её на микроскопическом уровне. Но вместо обычного прочного субстрата они создали своего рода живой гель. «Мы разработали искусственную коралловую ткань и скелет с комбинацией полимерных гелей и гидрогелей, легированных целлюлозными наноматериалами, чтобы имитировать оптические свойства живых коралловых полипов», — пояснил химик Даниэль Вангпразер (Daniel Wangpraseurt), ведущий автор статьи, в которой описывается методика. Водоросли были тоже внедрены в печатаемую смесь, поэтому исследователи, по сути, печатали живое вещество. Подобная методика уже тестируется и используется в медицинских целях — например, для печати части органа или ткани для последующей имплантации. Но в данном случае должна быть получена не определённая крупномасштабная форма, а структура с чрезвычайно сложной внутренней геометрией, которая максимизирует доступ света к поверхности. При этом печать должна производиться быстро, чтобы водоросли не умерли. Получающаяся в результате биопечатная структура является идеальным домом для водорослей, обеспечивая темпы роста, во много раз превышающие показатели обычной среды. К сожалению, пока нет оснований полагать, что технология позволит восстанавливать коралловые рифы. Однако работы в этой области дают дополнительное понимание экосистемы, в которой процветает симбиоз коралловых полипов и водорослей. В то же время увеличение скорости роста водорослей имеет коммерческие перспективы: начинающая компания Mantaz собирается использовать эту технологию уже в ближайшей перспективе.
