בעין החסילון: סוד הראייה במקומות עם מעט אור

העולם נראה בעיני המתבונן. אבל מה אם המתבונן הוא חסילון ("שרימפ")? התשובה על השאלה הזאת אינה פשוטה, בייחוד אם זוכרים שהחסילונים חיים על קרקע הים, בעומק של כמה עשרות מטרים, במקומות שמעט אור מגיע אליהם.

חסילון(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

ד"ר בן פלמר מהמחלקה לביולוגיה מבנית (כיום באוניברסיטת בן-גוריון בנגב) וד"ר ונקטה ג'יסוריה ילפרגדה מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות בשיתוף עמיתים מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, מהמחלקה לתשתיות מחקר כימי ויחד עם פרופ' דן אורון, פרופ' סטיב ויינר ופרופ' ליאה אדדי - שלושתם ממכון ויצמן למדע - בחנו את השאלה הזאת, וגילו, להפתעתם, כי החסילונים פיתחו, במשך מיליוני שנות אבולוציה, עיניים בעלות מבנה ייחודי, שמאפשרות להם לראות מה מתרחש בסביבתם הקרובה, בעומק הים. ממצאי מחקרם פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology.

עין החסילון אינה מבוססת על עדשה, אלא על סדרה של מראות בגודל ננומטרי, היוצרות מבנה קעור שמתפקד כמעין עדשה. מבנה עין כזה ידוע ומוכר בטבע, אבל כדי להבין טוב יותר את שורשי כושר הראייה הטוב של החסילונים, החליטו המדענים לבחון מקרוב את החומר שממנו עשויות המראות האלה. למעשה, מתברר שהחומר הזה "עוטף" גם את ה"פיקסלים" הממוקמים ברשתית העין. הפיקסלים עשויים חומר רגיש לאור, והם מסודרים ברשתית במבנים דמויי כוכבים בעלי שבע "פינות", כשבכל פינה של המבנה ממוקם פיקסל יחיד – העטוף באותו חומר שממנו עשויות המראות הננומטריות שבחלק החיצוני של העין.

האלמנט הפעיל אופטית בעין החסילון (מסומן באפור) מוקף בגביש פוטוני (מסומן בכחול) העשוי מאוסף מסודר של כדורים ננומטריים(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

מדענים גילו שכל פיקסל מונח בתוך "אמבט כדורים", שכל אחד מהם עשוי כמעין "כדור סמרטוטים", הבנוי מכמה עשרות לוחיות ננומטריות בעלות תכונה של שבירה כפולה. כך, מקדם השבירה של החומר שמרכיב כל כדור שונה בכל כיוון של תנועת האור. לאורך מעטפת הכדור מקדם השבירה הוא קרוב ל-2 (בין מקדמי השבירה הגבוהים ביותר הידועים בטבע, ככל שהדברים אמורים בחומר אורגני), ואילו כלפי מרכז הכדור – הוא 1.4, גבוה רק במעט ממקדם השבירה של מים.

המבנה הזה מאפשר החזרת אור כחול באופן מיטבי גם בשכבות דקות מאוד. מכיוון שהמבנה כולו מצטיין בהחזרה של האור לאחור, פוטון שלא נבלע מוחזר שוב ושוב מהמעטפת, עד שהוא "מוצא מקום מתאים" ונבלע בחומר הרגיש לאור – דבר שמשמעותו היא שהחסילון מבחין באור המועט, עמוק מתחת לפני הים, ורואה את אשר לפניו. המדענים אומרים שאם נדע כיצד לייצר כדורים ננומטריים בדומה לאלה שנמצאים בעין החסילון, אולי נוכל לייצר ציפויים אופטיים וחומרי צבע מתקדמים בשכבות דקות במיוחד.