Окаменелости из хозмага: от инсектицида до нанотехнологий

Что из себя представляют диатомовые водоросли

Диатомовыми водоросли — это одноклеточные организмы, которые можно встретить как в пресной, так и в морской воде. Они появились на планете в конце юрского периода, примерно 160 миллионов лет назад. Современное их разнообразие оценивается как минимум в двадцать тысяч видов, но некоторые эксперты предполагают, что их на самом деле около миллиона. Это крошечные существа, но этот недостаток они с лихвой восполняют многочисленностью. Достаточно сказать, что они производят до четверти кислорода, поступающего ныне в атмосферу.



Под микроскопом эти крошечные существа выглядят просто потрясающе. Во многом благодаря стенкам клеток, образованным из фрустул – прочных кремниевых барьеров, производящихся водорослями из кремниевой кислоты. Это тот же самый материал, из которого состоит, например, стекло, отличающееся и твердостью, и эффектным внешним видом. Кремнезем иногда можно также встретить в маленьких пакетиках на дне обувных коробок. Почему его туда кладут? Потому что он хорошо впитывает влагу. Это великолепный осушитель, который не дает образовываться плесени на пористых материалах, вроде того, что покрывает ваши кроссовки.

Ещё одним козырем кремнезема является то, что он неорганический. Если «нормальные» окаменелости образуются в результате того, что минералы заменяют собой твердые части останков, вроде костей, фрустулы водорослей не растворяются и не расщепляются более мелкими организмами. Это значит, что окаменелости диатомеев не меняются с течением времени – они оседают, в результате чего образуются слои песка, насыщенные кремнеземом. Именно этот материал продается в хозяйственных магазинах под названием диатомит.

Где применяется диатомит?

Перечисленные выше свойства и в самом деле смертельны для насекомых. Начнем с того, что из-за крошечного размера диатомовых водорослей частицы кремнезема легко облепляют вредных насекомых, с которыми вступают в контакт. В этот момент проявляются осушающие свойства – закрепившийся кремнезем поглощает масла и жиры внешней оболочки насекомого, разрывая её на куски. Затем острые края частичек начинают резать кутикулу – из-под неё выходит влага, которая также поглощается.

Слизни, жуки и черви не в состоянии пережить внешнее воздействие столь ощутимого для себя масштаба. Жизнь этих существ обрывается самым грубым образом, но плюсом здесь является то, что «механический» метод устранения позволяет избежать использования ядовитых веществ, способных нанести ущерб остальному населению экосистем.



Диатомовые водоросли применяются сегодня не только для уничтожения насекомых. Благодаря великолепной поглощающей способности они являются незаменимым компонентом наполнителей для кошачьего туалета. Впитывается в данном случае не только жидкость, но и неприятные запахи.

В пищевой промышленности диатомит отфильтровывает нежелательные примеси при производстве растительных масел, сахара, сиропов, вин и даже пива. Жесткая, заостренная поверхность фрустул является отличным абразивом, использующимся для полировки бронзы, алюминия, мрамора и стекла.



Самое же замечательное, что клеточные стенки водорослей, погибших сотни миллионов лет назад, могут пригодиться в нанотехнологиях. Речь, в частности, идет о плазмонике – области исследований, в которой ученые создают оптические и электрические компоненты размером всего в несколько молекул. Это нужно для работы со световыми сигналами на микроскопическом уровне. Перспективные устройства, которые будут получены в результате исследований, могут найти множество применений – от телекоммуникаций до химического опознавания, биомедицины и даже квантовых вычислений. Самой трудной задачей в данном случае является создание наноразмерных компонентов со сложными узорами, способных требующимся образом преломлять и отражать свет.

Но одного взгляда на диатомовые водоросли достаточно для понимания того, что геометрия их поверхности вполне соответствует этим требованиям. Вдобавок к этому кремнезем, как сказано выше, обладает всеми свойствами стекла и может спокойно работать со светом.



Но самое интересное начинается в тот момент, когда диатомовые водоросли соединяются с металлом. Если покрыть их наночастицами серебра, можно получить поверхность, распознающую те или иные химические вещества. Таковым может быть, например, меламин, попадание которого в пищу приводит к поражению почек, а в особо тяжелых случаях даже к летальному исходу.

В 2016 году исследователи из Университета штата Орегон поместили образцы, содержащие меламин, на материал, покрытый серебром и диатомовыми водорослями, после чего направили в нужную точку лазерный луч, позволяющий произвести спектральный анализ таким образом опасное вещество было успешно обнаружено.

Точно таким же образом можно обнаружить ксилолы – углеводороды, загрязняющие воздух, воду и почву, и вызывающие раздражение при попадании на кожу. Более того, метод, использующий диатомовые водоросли, оказался самым эффективным в данном отношении из всех существующих. Понятно, что технологии подобного рода находятся лишь на раннем этапе своего развития. Но у них, как кажется сегодня, замечательные перспективы.