根据耶鲁大学牵头的一项新研究，太阳能电池板和生物精炼厂设计师可以从生活在热带珊瑚礁附近的彩虹巨蛤身上学到一两件事。
这是因为大砗磲具有精确的几何形状——动态的、垂直的光合作用受体柱，上面覆盖着一层薄薄的光散射层——这可能使它们成为地球上最有效的太阳能系统。
耶鲁大学艺术与科学学院物理学和生态学与进化生物学副教授艾莉森·斯威尼说：“这对很多人来说是违反直觉的，因为蛤蜊在强烈的阳光下活动，但实际上它们的内部非常黑暗。”“事实是，蛤蜊在太阳能转换方面的效率比任何现有的太阳能电池板技术都要高。”
在这项发表在《PRXEnergy》杂志上的新研究中，由斯威尼领导的研究小组提出了一种分析模型，用于根据大砗磲的几何形状、运动和光散射特性确定光合作用系统的最大效率。
这是斯威尼实验室一系列研究中的最新一项，该研究重点关注自然界的生物机制，这些机制可以启发新的可持续材料和设计。
在这种情况下，研究人员特别研究了西太平洋帕劳浅水区彩虹巨蛤的巨大太阳能潜力。
蛤蜊是光共生生物，其表面生长着垂直圆柱形的单细胞藻类。藻类吸收阳光——光线被一层称为虹膜细胞的细胞散射后。
研究人员表示，藻类的几何形状和虹彩细胞的光散射都很重要。藻类排列成垂直柱状，与入射光平行，使藻类能够以最有效的速率吸收阳光。这是因为阳光已被虹彩细胞层过滤和散射，然后光线均匀地环绕每个垂直藻类圆柱体。
根据巨蛤的几何形状，斯威尼和她的同事开发了一个计算量子效率的模型，即将光子转换成电子的能力。研究人员还考虑了阳光的波动，以热带地区典型的日出、中午的阳光强度和日落为基础。量子效率为42%。
但随后研究人员又增加了一个新问题：巨型蛤蜊会随着阳光的变化而伸展身体。“蛤蜊喜欢在一天中移动和起伏，”斯威尼说。“这种伸展使垂直柱之间的距离变大，实际上使它们变得更短更宽。”
有了这些新信息，蛤蜊模型的量子效率跃升至67%。相比之下，斯威尼说，热带环境中的绿叶系统量子效率仅为14%左右。
这项研究表明，北方云杉林是一个有趣的对比对象。研究人员表示，北方云杉林周围有层层起伏的雾和云，其几何形状和光散射机制与巨蛤相似，但规模要大得多。而且它们的量子效率几乎相同。
“从中我们可以学到的一点是，从广义上考虑生物多样性非常重要，”斯威尼说。“我和我的同事们一直在集思广益，思考地球上还有什么地方可以实现这种程度的太阳能效率。同样重要的是，我们要认识到，我们只能在生物多样性得到维持的地方研究生物多样性。”
她补充道：“我们对帕劳人民感激不尽，他们非常重视蛤蚌和珊瑚礁的文化价值，并努力保持它们的原始健康。”
这些例子或许可以为更高效的可持续能源技术提供启发和见解。
斯威尼说：“我们可以设想一种可以培养藻类的新一代太阳能电池板，或者一种由有弹性的材料制成的廉价塑料太阳能电池板。”