A maioria das pessoas conhece a madrepanãrola, um biomineral iridescente também chamado de na¡car, a partir de botaµes, joias, incrustações de instrumentos e outros enfeites decorativos. Os cientistas também admiraram e se maravilharam com o na¡car por décadas, não apenas por sua beleza e propriedades a³pticas, mas por sua resistência excepcional.

"a‰ um dos biominerais naturais mais estudados", disse Pupa Gilbert, professor de física da Universidade de Wisconsin-Madison que estudou na¡car por mais de uma década. "Pode não parecer muito - apenas um material brilhante e decorativo. Mas pode ser 3.000 vezes mais resistente a  fratura do que a aragonita, o mineral de que éfeito. Isso despertou o interesse de cientistas de materiais porque fazer materiais melhores do que a soma de suas partes éextremamente atraente. "

Agora, uma nova técnica a³ptica não destrutiva ira¡ desbloquear ainda mais conhecimento sobre o na¡car e, no processo, pode levar a uma nova compreensão da história do clima. Gilbert, professor de engenharia elanãtrica da UW-Madison, Mikhail Kats, seus alunos e colaboradores descreveram a técnica, chamada de tomografia de interferaªncia hiperespectral, hoje na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Gilbert aprendeu como o na¡car se forma, ordena, resiste a  fratura e como sua estrutura em camadas registra a temperatura na qual se formou. Esta estrutura em camadas de na¡car reflete a luz e gera cores diferentes dependendo da espessura da camada. Isso levou ao interesse em encontrar uma maneira de avaliar a espessura das camadas do na¡car que não envolvesse a destruição da concha do molusco na qual ele estãodepositado.

Para ajudar a enfrentar esse desafio, Gilbert recorreu a Kats e ao estudante de graduação Jad Salman, que são especialistas em estudar fena´menos a³pticos.

Para o projeto, Salman preparou 22 conchas de abalone vermelhas frescas para análise a³ptica. Mas obter espectros a³pticos de na¡car émais difa­cil do que pode parecer.

"Se vocêquiser sondar esse tipo de concha, que tem uma topografia curva, émuito difa­cil obter um bom espectro com um espectra´metro convencional", diz Salman.

a‰ por isso que a equipe recorreu a uma tecnologia mais recente, a fotografia hiperespectral, para obter imagens de todo o espectro da concha. No ina­cio, eles fotografaram as conchas no parceiro da indústria Middleton Spectral Vision antes de adquirir sua própria ca¢mera hiperespectral.

“a‰ um espectra´metro de imagem em que cada pixel da imagem oferece um espectro completo”, diz Salman. "Quando usamos a ca¢mera em nossa configuração, podemos facilmente extrair dados espectrais confia¡veis ​​sobre asuperfÍcie grande e irregular de uma concha em uma única foto."

Além do abalone vermelho, a equipe também fez imagens do na¡car de outra espanãcie, a concha de paua da Nova Zela¢ndia, também chamada de abalone do arco-a­ris. Salman então usou um software de modelagem sofisticado que ele desenvolveu para determinar a espessura das camadas de na¡car pixel a pixel usando os dados hiperespectrais.

A equipe estãochamando a combinação de técnicas de tomografia de interferaªncia hiperespectral e prevaª que seráaplica¡vel para medir outras estruturas transparentes em camadas encontradas em plantas, animais, amostras geola³gicas ou materiais sintanãticos.

Para Gilbert, a nova técnica revelou uma surpresa sobre o abalone vermelho; mostrou pela primeira vez que a espessura das camadas de na¡car diminui a  medida que o molusco envelhece. Como essa espessura registra a temperatura da águado mar na qual se forma, a equipe acredita que pode ser possí­vel usar a técnica para analisar conchas de moluscos fa³sseis para aprender sobre climas anteriores.

“Este projeto éfeito de algumas partes diferentes, cada uma delas um tanto bem compreendida”, diz Kats. "O poder desta pesquisa éque trouxemos todo esse conhecimento experimental e tea³rico e fomos capazes de modelar não apenas estruturas em camadas bem comportadas e projetadas, mas também estruturas biológicas desordenadas e confusas. E fomos capazes de obter informações aºteis a partir de de uma forma que um bia³logo ou paleoclimatologista pode usar. "