Водоотталкивание как первый шаг к жизни на суше миллиард лет назад.
Растения используют «эффект лотоса» для самоочищения: капли воды просто скатываются и очищают поверхность, чтобы уменьшить заражение грибковыми спорами, как, например, обнаружил профессор Вильгельм Бартлотт из Боннского университета четыре десятилетия назад. Но не только растения используют эффект лотоса — живущие на суше цианобактерии (Hassallia byssoidea) также используют экстремальные водоотталкивающие свойства, чтобы защитить себя от водяных пленок и конкурентов.
Растения и другие организмы разрабатывали структуры и механизмы для колонизации земли почти за полмиллиарда лет. В этом контексте их поверхности, решающий физический интерфейс с окружающей средой, в основном действуют как барьеры против потери воды. Боннские исследователи предполагают, что крайняя водоотталкивающая способность (супергидрофобность) и связанное с ней самоочищение (эффект лотоса) были дополнительным ключом к переходу водорослей из воды на сушу около 400 миллионов лет назад. «Супергидрофобность усиливает газообмен на суше и исключает водных конкурентов в водных пленках», — пишет исследовательская группа в журнале Frontiers in Plant Science.
В материаловедении и технологии поверхностей супергидрофобность также стала одной из наиболее важных биоинспирированных инноваций, позволяющих избежать водяных пленок и загрязнений, например, в фасадных красках и лаках. В статье исследователи описывают чрезвычайно водоотталкивающую биопленку устойчивой к высыханию цианобактерии Hassallia byssoidea и приводят доказательства того, что происхождение супергидрофобности намного старше, чем считалось ранее. Это могло произойти примерно от одного до двух миллиардов лет назад.
Многоклеточная бактерия образует нити, похожие на водоросли, которые чрезвычайно водоотталкивающие и предотвращают образование водяных пленок. Короткие клеточные нити остаются прикрепленными к разворачивающимся каплям воды , что приводит к распространению организма через тип капельной инфекции, известный как «рассеивание брызг». Затопленный бактериальный газон примерно через день становится смачиваемым и продолжает расти под водой, а высыхая снова, он приобретает водоотталкивающие свойства для жизни на суше.
«Теперь у нас есть надежные данные о цианобактериях в наземных биопленках, которые могут переключаться из гидрофильного в стабильное супергидрофобное состояние, и мы предполагаем, что супергидрофобность сыграла решающую эволюционную роль в переходе почти всех организмов на суше», — говорит профессор Бартлотт. Неслучайно цианобактерии играют роль в древнейших известных окаменелостях — строматолитах. Они состоят из тонких слоев бактериальных матов, вероятно, в первую очередь цианобактерий, которые обычно считаются первыми обитателями суши.
Работа показывает, как супергидрофобы эволюционировали от бактерий к зеленым водорослям, слизевикам , мхам и папоротникам, через самое примитивное цветковое растение амбореллу к листьям лотоса. За эффектом, который сегодня нашел повседневное промышленное применение в качестве биомиметика супергидрофобности, стоит миллиард лет эволюции.
