Для изменения цвета хамелеоны используют крошечные фотонные кристаллы
Хамелеоны уникальные животные, изменяющие свой цвет в зависимости от условий среды. Этой способностью, как правило, обладают самцы. В обычное время они делают всё возможное, чтобы слиться с фоном, а во время брачных противостояний особи быстро меняют цвета перед соперником.
Самец хамелеона вида Furcifer pardalis, сфотографированный на Мадагаскаре (фото Michel C. Milinkovitch, lanevol.org).
В природе существует два способа создать что-то красочное: с помощью пигментов или же с помощью матрицы кристаллических структур, отражающих свет. Последний вариант в физике также именуется фотонными кристаллами. Они, к примеру, ответственны за разноцветные переливающиеся крылья бабочек, кутикулу жуков, цвет рыбьей чешуи и перьев птиц. Они также помогают головоногим моллюскам сливаться со своей подводной окружающей средой. Пигменты могут исчезать или выцветать, однако фотонные структуры сохраняют свой цвет до тех пор, пока лежащие в их основе кристаллы не будут уничтожены.
Раньше учёные считали, что яркие ящерицы манипулируют своей окраской, благодаря пигментам внутри клеток кожи. Однако результаты нового исследования показали: хамелеоны меняют цвет, в том числе перестраивая нанокристаллические решётки в одном из верхних слоёв эпителия.
Швейцарские учёные из Женевского университета утверждают: в коже хамелеонов присутствуют два слоя клеток, содержащих высокоупорядоченные структуры из фотонных кристаллов. Напряжение или расслабление клеток помогает животным быстро менять цвет, изменяя способность кожи к отражению света.
Хамелеоны быстро меняют цвет благодаря фотонным кристаллам в своей коже (фото Michel C. Milinkovitch, lanevol.org).
У пантерного хамелеона (Furcifer pardalis), вида-эндемика с Мадагаскара, только взрослые самцы обладают полностью развитым верхним слоем таких клеток. Они называются иридофорами и состоят из гуанина, одного из строительных блоков ДНК. Животные используют эти клетки, чтобы изменять цвет кожи в период спаривания.
Если кристаллы расположены близко друг к другу (например, когда животное находится в спокойном состоянии), они отражают синий цвет. Когда их действие объединяется с работой жёлтых пигментов в коже хамелеона, тело ящерицы окрашивается в зелёный цвет. Напряжение клеток и перемещение кристаллов дальше друг от друга даёт в итоге различные цвета от жёлтого до красного.
Швейцарские учёные были первыми, кто обнаружил два слоя содержащих кристаллы клеток у хамелеонов. Они полагают, что глубокие слои клеток, содержащих менее упорядоченные кристаллы, помогают животным регулировать температуру тела (так как отражают невидимое для глаза человека инфракрасное излучение, определяющее теплоту объекта). В это же время поверхностный слой изменяющих цвет клеток участвует в маскировке и в процессе брачных "показательных выступлений".
Только самцы хамелеонов способы изменять цвет (фото Michel C. Milinkovitch, lanevol.org).
"Один слой используется для камуфляжа или, напротив, привлечения внимания, – объясняет профессор кафедры генетики и эволюции Мишель Милинкович (Michel Milinkovitch), один из авторов исследования. – Другой же применяется для защиты от экстремального воздействия солнечных лучей. При этом только самцы могут изменять цвет: они делают это, завидев других зрелых самцов или самок, в течение одной-двух минут. Яркие цвета угрожающе действуют на противников, но могут привлечь внимание потенциальной партнёрши. Цвета создаются без помощи пигментов, а также благодаря физическому явлению оптической интерференции, то есть являются результатом взаимодействия между светом определённых длин волн и наноструктур в коже рептилий".
Милинкович и его коллеги также подчёркивают, что даже несмотря на то, что им удалось продемонстрировать, как хамелеоны могут настраивать свои светоотражающие клетки, исследователи до сих пор не могут сказать, как именно животные это делают.
В настоящее время швейцарцы пытаются выяснить, как хамелеоны контролируют положение и свойства кристаллов. Другие исследовательские группы пытаются имитировать естественные меняющие цвет кристаллические решётки при производстве различных материалов.
