Цветовете в природата
Околният свят е цялостен с обекти в милиони цветове и нюанси. Разнообразието им би било още по-голямо, в случай че се вземе поради, че окраската на доста инсекти и птици се намира в ултравиолетовата част на спектъра. Тази публикация е отдадена на метода, по който се получават всички тези цветове и нюанси в живата природа – с помощта на законите на оптичната физика и хитростта на живите кафези и тъкани, основани от биологичната еволюция.
Химия и физика на цвета
Цветът на обекта може да се образува с присъединяване на два механизма. По-широко прочут и по-познат е химическият. Той е обвързван със способността на някои молекули да всмукват изборно, да отразяват или излъчват светлина със характерна дължина на вълната. Биологичните молекули с такива свойства се назовават пигменти. В растенията това са основно хлорофил (зелен), каротеноиди (жълто, оранжево и червено) и флавоноиди (дават разнообразни нюанси на жълто, синьо или лилаво).
При животните това са най-вече разнообразни версии на меланина, имащи жълт, оранжев, червен или кафяво-черен цвят. Пигменти със наследник цвят в представителите на това царство наподобяват единствено като редки изключения. В допълнение към „ елементарните “ оцветени субстанции, някои животни и гъбички създават флуоресциращи, които не отразяват светлината, която пада върху тях, а я всмукват и по-късно излъчват лична светлина с друга дължина на вълната. Това се случва сполучливо при медузите, някои морски риби и черупчестите мекотели.
Вторият метод за образуване на цвят е структурният. Цветът, формиран по този метод, не зависи от химическите свойства на молекулите, а от структурата на повърхностите, към които пада светлината от източника. Друго име за структурния способ на оцветяване е иридесценция или иризация. Обяснението на това събитие е препоръчано през 1803 година от британския физик Томас Юнг, един от най-важните заслуги на който е доказателството за вълновите свойства на светлината, посредством демонстриране на феномена интерференция на светлинните талази.
Във всички случаи наноструктурите, под формата на ребра, нишки, плочки, подредени в редове или решетки, служат като основа на иридесценцията. Във физиката структури от този вид се назовават фотонни кристали. Важно е линейните размери на променливите детайли на решетката и пространствата сред тях да са близки до дължините на вълните на светлинния набор. Фотоновите кристали основават характерни оптични резултати, като дифракция и разстройства. За появяването на резултата на интерференцията е належащо светлинните талази, отразени неведнъж от решетъчните детайли, да са в една и съща фаза. Амплитудите на вълните, за които се следи това положение, се сумират, а дължините на тези талази дефинират главния образен пъстър декор.
Иридесценцията доста уголемява обсега на вероятните цветове спрямо потреблението единствено на пигменти. По-широки хоризонти се отварят посредством композиция от химически и структурни цветове. Например, зеленото в оцветяването на доста земноводни и влечуги се образува посредством прекосяване на лъчи със наследник систематичен цвят през покриващия пласт кафези с жълт пигмент. При насекомите механизмът за приемане на сходни нюанси може да се разграничава.
Структурно оцветяване: живи образци
Иридесценцията се среща, както при животните, по този начин и при растенията. Във всеки случай, за образуването на цвета дават отговор другите видове на тъканната конструкция и детайлите: в единият случай това са съставените елементи на междуклетъчно вещество (хитин или колаген), а в другият – вътреклетъчните структури.
При растенията явлението иридесценция се случва доста по-често, в сравнение с наподобява на пръв взор. Достатъчно е да се означи, че цветът на игличките на елементарен наследник смърч е резултат от структурно оцветяване. Целеви изследвания демонстрират, че във всяко семейство има най-малко един тип, проявяващ структурния цвят на листата, цветовете или плодовете.
Функция и еволюция на иридесцентното оцветяване
Биологичният смисъл на цвета е разнороден: това е камуфлаж, който оказва помощ на животното да се крие от хищници или да остане невидимо по време на лов. Той е също по този начин и отзивчив сигнал, който разрешава да се привлекат сътрудници за чифтосване или да се изплашат противниците, както и терморегулация, посредством управление на броя на фотоните. Растенията употребяват иридесценцията за привличане на инсекти опрашители, както и на плодоядни животни, които оказват помощ за разпространяването на семената.
Обратими промени в структурния цвят: аргументи и механизми
Някои животни могат да трансформират цвета си, в това число този, който се дефинира структурно. Понякога тези промени са необратими и зависят от възрастта, само че изключително забавни са случаите на обратими промени в цвета, които се случват в отговор на избрани събития във външната среда. Например, бръмбарът Херкулес има зеленикаво-червен цвят при естествена мокрота, а в случай че влагосъдържанието е над 80%, цветът му се трансформира до черен, заради запълването на кухините с въздух и влага.
От дивата природа до технологиите, основани от индивида
В умозаключение би трябвало да се означи, че естествената иридесценция е източник на ентусиазъм за специалистите в региона на материалите, както и съставен елемент на разнообразни електронни устройства. В реалност, има цялостен раздел на технологията, основан на симулация на естествени феномени за основаване на устройства и изкуствени материали. Той се назовава бионика или биомиметика.
