Як хамелеони змінюють своє забарвлення

Існує хибне уявлення про хамелеонів, буцімто вони змінюють своє забарвлення, щоб зливатися з середовищем.
Насправді це не відповідає дійсності.
Коли хамелеон спокійний, він зелений, і тому природним чином зливається з листям навколо.
Але самці хамелеонів змінюють колір, коли реагують на присутність самиці або суперника-самця, як показано тут.
Я залишу перший кадр внизу для порівняння.
Коли хамелеон збуджується, його забарвлення змінюється: з'являється жовтий, оранжевий і червоний кольори.
Тож замість маскування хамелеон тепер виділятиметься.
Але як саме хамелеони змінюють своє забарвлення?
Багато років ми вважали, що існує простий і добре вивчений механізм зміни кольору.
У шкірі хамелеона присутні особливі клітини, що містять кольорові пігменти.
Пігменти в хроматофорах бувають жовті, червоні, і меланінові темно-коричневі.
Багато тварин, включно з хамелеонами, набувають темного забарвлення, змушуючи меланін розтікатися вздовж стовпчастих відгалужень клітини.
Шкіра знову світлішає, коли пігмент конденсується.
Передбачалося, що хамелеони набувають жовтого, оранжевого і червоного кольорів повністю аналогічним чином.
Але нове спільне дослідження груп фізиків та біологів з університету Женеви показує, що це не так.
Перша підказка пов'язана з тим фактом, що в клітинах хамелеона немає зеленого пігменту.
Зелений колір фактично створений двома різними механізмами - пігментним та структурним.
Під жовтими пігментними клітинами є клітини, які містять крихітні 130 нм (статридцятинанометрові) кристали, що утворюють ґратку.
Світло зазнає дифракції на цих кристалах.
Синє світло добре відбивається від такої ґратки через конструктивну інтерференцію, в той час, як інші кольори не відбиваються.
Це дуже схоже на те, як крила метеликів морфо створюють переливчастий синій колір.
У крилах немає синього пігменту, але є періодична нанорозмірна структура, добре відбиває світло лише певного кольору.
Тож хамелеон виглядає зеленим завдяки поєднанню жовтого світла від пігменту і синього світла від кристалічної структури під ним.
То як хамелеони змінюють цей зелений на жовтий, оранжевий і червоний?
Раніше вважалося, що зміна кольору досягалася розсіюванням пігментів у хроматофорах.
Але вчені з'ясували, що насправді зміни відбуваються саме з кристалами.
Збільшуючи відстань між кристалами, хамелеони можуть змінювати кольори, які будуть вибірково відбиватися.
Більші проміжки між кристалами дають краще відбивання для хвиль з більшою довжиною.
Зі збільшенням цих проміжків колір відбитого світла змінюється від синього до зеленого, жовтого, оранжевого і, зрештою, червоного.
Вчені, порівнявши шкіру спокійних зелених і збуджених жовтих хамелеонів, виявили, що в шкірі збудженого хамелеона середня відстань між кристалами була помітно більшою.
Тут ви можете бачити одну клітину, колір якої змінюється від блакитного до зеленого, жовтого, оранжевого і червоного.
Комп’ютерне моделювання процесу інтерференційного відбивання світла від кристалічної ґратки також чудово узгоджується з цими спостереженнями.
До того ж натиснення на шкіру зменшує відстані між кристалами, і відбите світло стає більш синім.
Коли тиск припиняється, кристали знову займають більший об'єм, відбиваючи більш зелене світло.
Структура шкіри хамелеона стає іще захопливішою, оскільки під нею є ще один шар клітин, який також містить кристали.
Але ці кристали більші за розмірами, віддаленіші один від одного і менш впорядковані.
Це означає, що вони відбиваються набагато більші довжини хвиль з ширшим діапазоном інфрачервоного випромінювання.
Вважається, що цей шар призначений для відбивання сонячного світла, оскільки хамелеони живуть у місцях з інтенсивним сонячним випромінюванням.
Тож самці хамелеонів змінюють свій колір не завдяки розтіканню червоного і жовтого пігментів.
Натомість у їхній шкірі відбувається дещо незвичне:
вони активно змінюють відстань між нанорозмірними кристалами, щоб створити структурні кольори, які охоплюють весь видимий спектр.
Дивовижно. Ще зовсім недавно ми вважали, що знаємо, як хамелеони змінюють своє забарвлення.
І було потрібне спільне дослідження фізиків та біологів, аби з’ясувати, що ж відбувається насправді.