23 май 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Защо животните и растенията "не обичат" синия цвят? Структурно оцветяване (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 27 януари 2022 в 00:01 62670
Поразителният син плод на Viburnum tinus. Кредит: Rox Middleton

Животните и растенията се предлагат в почти всеки цвят под дъгата, но може би сте сте забелязали, че синьото изглежда е в дефицит. Има синьо в скалите, синьо небе и синя вода, но сред животните и растенията синьото не е много популярно. И така, защо този цвят е толкова рядък в природата?

На Международния фестивал за научни филми SCINEMA 2019 филмът "Защо синьото е толкова рядко в природата?" (Why Is Blue So Rare In Nature?) на Джо Хенсън от Be Smart разглежда пеперудите, за да ни помогне да разберем как живите същества стават сини и защо точно това е толкова рядко.

Структурно оцветяване

При живите същества структурното оцветяване означава, че цветът им се създава благодарение на микроскопично структурирани повърхности, достатъчно фини, за да интерферират видимата светлина. Например перата на опашката на паун са пигментирани в кафяво, но тяхната микроскопична структура ги кара също да отразяват синя, тюркоазена и зелена светлина и често са преливащи.

Сапфирено колибри. Кредит: Tumbral.com Перо от опашка на паун. Кредит: Flickr  (CC BY-NC-ND 2.0)

Структурното оцветяване е наблюдавано за първи път от Робърт Хук и Исак Нютон, а неговият принцип - вълновата интерференция - е обяснен от Томас Йънг век по-късно. Йънг описва ирисценцията като резултат от интерференция между отражения от две или повече повърхности на тънки филми, комбинирани с пречупване, когато светлината прониква и напуска такива филми. След това геометрията определя, че при определени ъгли светлината, отразена от двете повърхности, се интерферира конструктивно, докато при други ъгли светлината се интерферира деструктивно. Затова се появяват различни цветове под различни ъгли.

При животни като перата на птици и люспите на пеперудите, интерференцията се създава от редица фотонни механизми, включително дифракционни решетки, селективни огледала, фотонни кристали, кристални влакна, матрици от наноканали и протеини, които могат да променят конфигурацията си. Някои нарязани меса също показват структурно оцветяване поради периодичното подреждане на мускулните влакна.

Много от тези фотонни механизми съответстват на сложни структури, видими чрез електронна микроскопия.

В малкото растения, които използват структурно оцветяване, блестящите сини цветове се произвеждат от структури в клетките. 

Как растенията успяват да направят това със структурния цвят, открит в плодовете на Viburnum tinus?

Сините плодове са редки, тъй като необходимите пигментни съединения са сравнително необичайни в природата. Viburnum tinus обаче го прави по друг начин.

През 2020 г. изследователи откриват, че вечнозеленият храст, който е популярен за озеленяване в цяла Европа, дължи ослепително синия цвят на плодовете си на мазнините в клетъчната му структура - за първи път се наблюдава този тип производство на цветове.

Докато повечето растения имат клетъчни стени, направени от целулоза, плодовите клетки на V. tinus имат много по-дебели стени с хиляди кълбовидни липиди, подредени в слоеве, отразяващи синя светлина.

„Структурният цвят е много често срещан при животните, особено птиците, бръмбарите и пеперудите, но само при няколко растителни вида е установено, че имат структурен цвят в плодовете си“, разказва Миранда Синът-Армстронг (Miranda Sinnott-Armstrong) от Йейлския университет, съавтор на статия в списание Current Biology.

Когато за първи път вижда растението Viburnum tinus в италианска градина през 2010 г., водещият автор Силвия Виньолини (Silvia Vignolini), физикохимик от Университета в Кеймбридж, решава, че тук има нещо различно, но първоначалният анализ не разкрива нищо особено.

Възможността да се изследват с помощта на електронна микроскопия променя всичко.

„Преди да получим изображенията, ние просто виждахме някакви петна“, разказва Виньолини. "Когато разбрахме, че тези петна са липиди, много се развълнувахме."

Микроскопски изглед на V. tinus. Кредит: Rox Middleton

Анализът показва, че липидните структури са включени в клетъчната стена на външната обвивка или епикарпа на плодовете.

Освен това слой от тъмночервени антоцианинови пигменти лежи под сложната структура и всяка светлина, която не се отразява от липидната структура, се абсорбира от тъмночервения пигмент отдолу. Това предотвратява обратното разсейване на светлината, което прави плодовете да изглеждат още по-сини.

Докато повечето плодове имат ниско съдържание на мазнини, някои – като авокадо, кокосови орехи и маслини – съдържат липиди, осигуряващи богат на енергия източник на храна за животните. Това няма пряка полза за растението, казват изследователите, но може да стимулира разпространението на семената като привлича птиците.

 Кредит: Rox Middleton et al.

Изследователите подозират, че цветът на плодовете на V. tinus може да служи като сигнал за неговото хранително съдържание. Една птица може да погледне плода и да разбере дали е богат на мазнини или на въглехидрати въз основа на това дали е син или не.

„Честните сигнали са рядкост в плодовете, доколкото знаем“, коментира Синът-Армстронг. „Ако структурният цвят на плодовете Viburnum tinus всъщност е честен сигнал, това би било наистина прекрасен пример, при който цветът и храненето идват поне отчасти от един и същ източник: липидите, вградени в клетъчната стена.

„Никога досега не сме виждали нещо подобно и ще бъде интересно да видим дали други структурно оцветени плодове имат подобни наноструктури и подобно хранително съдържание.“

Справка: Viburnum tinus Fruits Use Lipids to Produce Metallic Blue Structural Color
Rox Middleton, Miranda Sinnott-Armstrong, Yu Ogawa, Beverley J. Glover, Michael J. Donoghue, Silvia Vignolini et al.
Published:August 06, 2020 DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.07.005

Източник: A new approach to working blue, Cosmos magazine


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.