Израильские ученые раскрыли тайну маленького морского чуда

​Возможно, что уникальная "технология" миниатюрных рачков найдет себе применение в экранах компьютеров и мобильных устройств.

Крошечные морские животные Sapphirinidae, известные как “морские сапфиры”, прославились чудесами своей маскировки: только что они переливаются яркими тонами голубого, фиолетового и зеленого, а через секунду становятся невидимыми (голубые могут стать совершенно прозрачными). Как именно они заставляют свои яркие цвета совершенно исчезнуть на фоне окружающей воды?

Исследование специалистов из института Вейцмана нашло ответ на эту загадку природы. Результаты работы исследователей были недавно опубликованы в журнале Американского Химического общества, и теперь они могут стать основой для разработки новых оптических технологий.

Sapphirinidae принадлежат к подклассу веслоногих ракообразных, живущих в пресной или соленой воде. Эти животные еле видимы человеческому глазу, так как их размер варьируется от одного до нескольких миллиметров. Яркими красками переливаются самцы, а самки остаются прозрачными постоянно. Ученые считают, что способность морских сапфиров становиться прозрачными помогает им спасаться от хищников, тогда как яркими цветами самец может привлечь самку.

Профессора Лиа Аддади, Стив Вейнер, Двир Гур и Мария Пиерантони с факультета структурной биологии Института Вейцмана, профессора Дан Орон и Бен Лешем с факультета физики комплексных систем и доктор Вивиана Фарстей из межуниверситетского института исследований моря в Эйлате изучили строение кристаллических слоев на спине самцов морских сапфиров нескольких видов. Они измерили отражающую способность нескольких видов Sapphirinidae, а затем при помощи технологии криоэлектронной микроскопии пронаблюдали за структурой и организацией кристаллов и клеток, удерживающих их в нужном положении.

Яркие переливающиеся цвета морских сапфиров - результат светоотражения от повторяющихся структур. Эти многослойные отражающие поверхности - тип структуры, которая известна ученым под названием фотонного кристалла. Они состоят из тонких прозрачных кристаллов гуанина, который содержится в ДНК в форме нуклеиновой кислоты.

Группа исследователей обнаружила, что пластины гуанина сложены в морских сапфирах в поразительно точные повторяющиеся структуры. Что дает каждому виду его уникальные цвет? Анализ показал, что основным фактором, который определяет, будет морской сапфир желтым, голубым или фиолетовым, является расстояние между пластинами, которое обусловлено тонким слоем клеточного материала, эти пластины разделяющего.

Исследователи также продемонстрировали, как именно эта сложная конструкция пластин позволяет некоторым морским сапфирам становиться невидимыми: когда самцы одного вида Sapphirinidae поворачивают свою спину под углом 45 градусов к свету, плавая по спирали, длина волны отраженного света сдвигается из видимой области света в невидимый для нас ультрафиолет. По контрасту, прямое падение лучей света на пластины порождает яркий голубой свет. В океане, где источник света всегда один - Солнце - морские сапфиры могут управлять своей видимостью и “исчезать" одним движением тела.

Расстояние между пластинами настраивает длину световой волны и определяет основной цвет животного. Чем ближе друг к другу пластины, тем короче длина волны и тем синее, в свою очередь, будет отраженный свет. Эта сложная стратегия манипуляции светом может быть применена при создании искусственных конструкций с фотонными кристаллами - наноструктур, которые будут манипулировать потоками фотонов. Подобная технология может иметь массу потенциальных приложений, включая адаптивные отражающие поверхности, оптические зеркала и дисплеи.