Beberapa cephalopoda seperti sotong, gurita, dan sotong memiliki kemampuan untuk menyamarkan diri dengan membuat diri mereka transparan dan/atau berubah warna. Para ilmuwan ingin mengetahui lebih banyak tentang mekanisme pasti di balik kemampuan unik ini, tetapi sel kulit sotong tidak dapat ditumbuhkan di laboratorium. Para peneliti di University of California, Irvine, telah menemukan solusi yang layak: mereplikasi sifat sel kulit sotong dalam sel mamalia (manusia) di laboratorium. mereka mempresentasikan penelitian mereka Pada pertemuan American Chemical Society minggu ini di Indianapolis.

“Secara umum, ada dua cara untuk mencapai transparansi,” kata Alon Gorodetsky, yang telah terpesona dengan kamuflase cumi-cumi selama sekitar satu dekade terakhir. saat jumpa pers Dalam pertemuan ASS. “Salah satu caranya adalah dengan mengurangi jumlah cahaya yang diserap—pewarnaan berbasis pigmen, biasanya. Cara lain adalah dengan mengubah cara cahaya dihamburkan, biasanya dengan menyesuaikan perbedaan indeks bias.” Yang terakhir adalah fokus penelitian labnya.

Kulit sotong transparan dan memiliki lapisan luar sel pigmen yang disebut kromatofor yang mengontrol penyerapan cahaya. Setiap kromatofor melekat pada serabut otot yang melapisi permukaan kulit, dan serabut ini, pada gilirannya, terhubung ke serabut saraf. Ini adalah masalah sederhana untuk merangsang saraf tersebut dengan impuls listrik, menyebabkan otot berkontraksi. Karena otot menegang ke arah yang berbeda, sel mengembang dengan area berpigmen, yang berubah warna. Saat sel menyusut, area berpigmen menyusut.

Di bawah kromatofor, ada lapisan terpisah dari tunggangan iris. Tidak seperti kromatofora, iris tidak berbasis pigmen tetapi merupakan contoh warna struktural, mirip dengan kristal pada sayap kupu-kupu, kecuali bahwa iris sotong lebih dinamis daripada statis. Mereka dapat disetel untuk memantulkan panjang gelombang cahaya yang berbeda. A Makalah 2012 menyarankan bahwa warna struktural iris yang dapat diatur secara dinamis ini terkait dengan neurotransmitter yang disebut asetilkolin. Kedua lapisan tersebut bekerja sama untuk menghasilkan sifat optik unik dari kulit sotong.

Lalu ada leucophores, mirip dengan iris kecuali mereka menyebarkan spektrum penuh cahaya, sehingga tampak putih. Mereka mengandung protein reflektif yang biasanya menggumpal menjadi partikel nano, sehingga cahaya tersebar daripada diserap atau ditransmisikan secara langsung. Leucophores banyak ditemukan pada sotong dan gurita, namun ada beberapa sotong betina dari genus sepioteuthis Yang mengandung leucophores yang dapat “menyesuaikan” mereka untuk hanya menyebarkan panjang gelombang cahaya tertentu. Jika sel membiarkan cahaya melewatinya dengan sedikit hamburan, mereka akan tampak lebih transparan, sedangkan sel menjadi buram dan lebih jernih dengan menghamburkan lebih banyak cahaya. Ini adalah sel-sel yang menarik perhatian Gorodetsky.

Pada 2015, Laboratorium Gorodetsky dibuat Stiker masking yang terinspirasi dari cumi-cumi Untuk sehari membantu tentara menyamar, bahkan dari kamera infra merah. Stikernya tipis, lapisan kamuflase yang fleksibel Kemampuan Mengambil pola untuk mencocokkan pantulan infra merah tentara dengan latar belakang mereka. Alih-alih membunuh cumi-cumi untuk mensintesis protein reflektif, mereka dapat mengekspresikannya H. coli kultur bakteri. Kemudian mereka menutupinya dengan selotip rumah tangga biasa dengan bakteri yang dimodifikasi. Pelabelan hanya dapat disesuaikan dengan mengubah ketebalan film bakteri. Film tipis tampak biru; Film tebal muncul oranye.

Setelah bereksperimen dengan versi terpotong dari protein untuk mempelajari indeks biasnya dan bagaimana ia menyebarkan cahaya, tim Gorodetsky kini memperluas penelitian tersebut dengan memperkenalkan gen turunan cumi-cumi yang menyandikan difraksi ke dalam sel manusia. Triknya adalah membuat struktur nano reflektif terbentuk secara stabil, bukan sementara. Menambahkan garam ke media kultur sel menyebabkan pantulan menggumpal menjadi partikel nano penghamburan cahaya, dan dengan meningkatkan konsentrasi garam secara bertahap, partikel nano menjadi lebih besar sehingga lebih banyak cahaya yang tersebar, pada dasarnya ‘menyetel’ peredupannya. Mereka mengambil gambar selang waktu yang rinci dari sifat partikel nano menggunakan teknik yang disebut holotografi.

“Kami benar-benar mencoba untuk memahami apakah sifat intrinsik dari protein ini – indeks biasnya yang tinggi, kemampuan mereka untuk merakit diri menjadi struktur tertentu – dapat direplikasi dalam sel mamalia,” kata Gorodetsky. “Jadi kami merekayasa sel mamalia untuk membuat protein ini dalam jumlah besar. Dan kami menemukan bahwa… [resulting] Struktur rakitan sendiri sangat mirip dalam banyak hal dalam hal ukuran dan sifat optiknya. “

Ketika pandemi COVID-19 melanda, dan tidak memungkinkan untuk bekerja di laboratorium, mahasiswa pascasarjana Gorodetsky Georgy Bogdanov menggunakan data pencitraan untuk membuat model komputasi, memungkinkan mereka membuat prediksi dan membandingkan sifat optik sel cumi-cumi dan hasil rekayasanya. sel susu. “Indeks bias sebanding, yang merupakan komponen utama dari fenomena ini,” kata Bogdanov. “Meskipun ukuran partikel-partikel ini juga serupa, ini memberikan perbandingan sempurna dari hamburan cahaya yang terjadi pada kulit cumi-cumi dan sel mamalia.”

Bagaimana dengan aplikasi potensial? Awal tahun ini, kami melaporkan bahwa para insinyur di Universitas Toronto terinspirasi oleh sotong untuk membuat prototipe “jendela cair” yang dapat mengubah panjang gelombang, intensitas, dan distribusi cahaya yang dipancarkan melalui jendela tersebut, sehingga menghemat biaya energi secara signifikan. Salah satu aplikasi potensial dari penelitiannya, kata Gorodetsky, adalah penggunaan protein reflektif sebagai probe molekul subselular indeks bias tinggi, yang digunakan bersama dengan teknik mikroskop canggih. Penanda yang dikodekan secara genetik seperti itu tidak akan berovulasi di dalam sel manusia, memungkinkan para ilmuwan untuk melacak struktur sel untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang pertumbuhan dan perkembangan sel.

DOI: Sains & Teknik Biomaterial ACS, 2023. 10.1021/acsbiomaterials.2c00088 (tentang DOI).