Zapitaš li se nekad kako to kameleon može da tek tako promijeni boju po potrebi (uvijek mi padne na pamet ovaj klip), kako nastaju šare koje su toliko digle samopouzdanje paunu da ga poznajemo striktno kao životinju koja se šepuri ili odakle nekim leptirima boje poput čarobne nijanse plave koju ima Morpho menelaus?

Pitanja poput ovih mi se uvijek nekako jave iznenada i na tren me zamisle, ali onda se sjetim da imam dostupan internet i na njemu gomilu dokumentarnih emisija, knjiga i istraživačkih radova zahvaljujući kojima mogu doći do odgovora, a onda to i podijeliti sa dragim radoznalcima – recimo, tobom!

Pa, da vidimo šta sam to otkrila na ovu temu.

Prije svega, šta su uopšte fotonski kristali?

U prirodi postoje dva načina da nastane nešto šareno. Jedan je uz pomoć pigmenata, a drugi uz pomoć matrica kristalnih struktura koje odražavaju svjetlost. Ove kristalne strukture u fizici zovemo fotonskim kristalima.

Fotonski kristali su materijali u kojima brzina kojom se svjetlost kreće (indeks prelamanja) veoma brzo oscilira. Oni su zaslužni ne samo za predivne boje koje gledamo na krilima leptira već i za one neobične bube koje se presijavaju, riblje krljušti, sedefaste školjke, perja ptica (poput pauna, da), ali i dragocjene minerale (ovo poslednje je zapravo sasvim logično, zar ne?).

Ovi organizmi imaju sposobnost obojenja (iridiscencije) koristeći fenomene interferencije, odbijanja ili difrakcije svjetlosti o strukturne promjene na njihovoj površini.

Šta daje svakoj vrsti jedinstvenu boju?

Uopšteno govoreći, iridiscencija je svojstvo pojedinih površina koje se manifestuje u vidu

mijenjanja talasne dužine svjetlosti (boje) u zavisnosti od ugla pod kojim se površina posmatra,odnosno od ugla pod kojim svjetlosni snop pada na posmatranu površinu tako da to dosta utiče na boju. Osim toga, sam raspored bioloških materijala na površini različitih organizama utiče i na pojavu mnoštva optičkih efekata.

Objasnimo ovo na konkretnom primjeru.

Sapphirinidae pripadaju podskupini rakova zvanoj veslonošci, a žive u slatkoj ili slanoj vodi.

Oni su jedva vidljivi ljudskom oku (u rasponu su od jednog do nekoliko milimetara dužine) i, dok mužjaci znaju prikazati boje, njihove su ženke uglavnom transparentne. Imaju sposobnost da po potrebi “nestanu” što je magični trik koji naučnici tumače kao način da pobjegnu od predatora, ali prelijepe boje pokazuju kada je u blizini ženka ili druga muška jedinka.

Ono što su istraživanja pokazala na ovom konkrentom primjeru jeste da su kristalne ploče gvanina naslagane u nevjerojatno preciznim periodičnim poljima. Glavni faktor koji određuje hoće li životinja biti žuta, plava ili ljubičasta jeste razmak između kristalnih ploča, koji je pod kontrolom tankog sloja staničnog materijala koji ih razdvaja.

Magični trikovi kojima se služe veslonošci

Takođe, utvrđeno je da ovaj kompleksni raspored kristalnih ploča jeste i ono što im omogućuje efekat nestajanja. Naime, kad neke vrste mužjaka izvršavaju manevar spiralnog plivanja, okreću leđa prema svjetlu pod uglom od 45 stepeni, a talasna dužina reflektovanog svjetla je pomaknuta izvan vidljivog raspona svjetla prema nevidljivim ultraljubičastim talasnim dužinama.

Nasuprot tome, direktno usmjerena svjetlost stvara lijepu plavu boju. U okeanu svjetlost dolazi odozgo i onda ova sitna stvorenja mogu kontrolisati svoju vidljivost podešavanjem načina plivanja. Razmak između ploča djeluje kao svojevrsni podešivač za talasne dužine svjetlosti, a time i boju organizma. Odnosno, što su bliže ploče jedna drugoj, to se kraće talasne dužine reflektuju o njih.

Mogu li ova saznanja kako pomoći ljudima?

Naravno da da. Ovaj sofisticirani način za manipulisanje svjetlom može se koristiti u izradi vještačkih fotonskih kristalnih struktura i to može imati i mnoge potencijalne koristi, uključujući adaptivne ili promjenjive reflektirajuće premaze za razne optičke površine, ogledala i ekrane.

Za slučaj da te zanimaju i drugi izumi koje su inspirisale ili poboljšale životinje ostavljam ti linkove do tekstova koje smo ranije pisali na ovu temui. U njima imaš sve od solarnih panela po uzoru na krila leptira i sistema za rashlađivanje za koje su nas inspirisali termiti do pačijih peraja zahvaljujući kojih i lakše i ljepše ronimo ljeti.

Ne smijemo zaboraviti da su životinje, biljke i mikrobi savršeni inženjeri. Oni su pronašli šta radi i šta je odgovarajuće. I najvažnije, ono što traje na Zemlji! Zbog toga će nam uvijek biti inspiracija. 🙂