Magenta nie może powstać z pojedynczej długości fali światła, dlatego intensywnie różowe pióra samca kolibra Anny od dawna intrygowały badaczy. Zespół z Uniwersytetu Yonsei wskazał teraz przeoczony wcześniej obszar wewnątrz piór, który współtworzy niebieską składową tej barwy.

Zagadka koloru, którego nie ma w tęczy

Magenta to tak zwana barwa niespektralna. Pióra na głowie i gardle samca kolibra Anny odbijają jednocześnie światło czerwone i niebieskie, a oko odbiera ich mieszaninę jako intensywny róż. Silne odbicie czerwieni udało się wyjaśnić wcześniej. Kłopot sprawiał słabszy składnik niebieski.

Badanie z 2018 roku opisało, jak ułożone warstwowo struktury w piórach wytwarzają oba odbicia. Obliczenia tłumaczyły większość barwy, lecz nie odtwarzały w pełni niebieskiego piku. Autorzy nowej pracy, opublikowanej w „Journal of the Royal Society Interface”, przyjrzeli się tym strukturom dokładniej.

Warstwy, które zmieniają obraz

Kolor powstaje w mikroskopijnych rozgałęzieniach pióra, zwanych brodkami. Znajdują się w nich spłaszczone melanosomy, czyli struktury zawierające barwnik melaninę. U kolibra Anny mają one dodatkowo wnęki powietrzne i są zatopione w białku piórowym. Fale światła odbite od granic tych materiałów nakładają się na siebie: jedne kolory się wzmacniają, inne słabną. O barwie decyduje więc grubość i układ warstw.

Dotychczas zakładano, że tuż pod powierzchnią leżą małe melanosomy, a głębiej większe. Mikroskopia elektronowa pokazała jednak łagodniejsze przejście: pod najmniejszymi strukturami są dwie warstwy o pośredniej grubości, a dopiero potem grubsze elementy. Różnice wynikały głównie z wielkości wewnętrznych komór powietrznych.

Modele komputerowe potwierdziły znaczenie tej środkowej strefy. Gdy głębsze warstwy potraktowano jako jednakowo grube, powstawało mocne odbicie czerwieni bez wyraźnego niebieskiego piku. Po uwzględnieniu warstw pośrednich pik się pojawiał. Co ważne, warstwy środkowe potrzebowały do tego obszaru przy powierzchni. Jak piszą autorzy: „Żadna z warstw osobno nie wystarczała”.

Test: trawienie plazmą

Aby sprawdzić to na prawdziwych piórach, badacze stopniowo usuwali ich powierzchnię za pomocą trawienia plazmą tlenową.

• Po 60 sekundach zewnętrzna osłonka białkowa prawie zniknęła, a brodki miały barwę czerwonopomarańczową.
• Po 120 sekundach odsłoniły się wnęki powietrzne w górnych melanosomach, a kolor przesunął się ku żółtawej pomarańczy.

Pomiary wykazały, że niebieskie odbicie słabło, aż zanikło, a dominujące odbicie czerwone przesuwało się ku krótszym falom, czyli bliżej pomarańczu. Zgadzało się to z przewidywaniami modeli.

Co z tego dla czytelnika

To badanie podstawowe i nie ma bezpośredniego wpływu na codzienne życie, ale pokazuje, jak natura buduje kolory bez barwników, wyłącznie dzięki strukturze materiału. Autorzy sugerują, że podobny projekt mógłby posłużyć do tworzenia materiałów o regulowanej barwie, na przykład do wyświetlaczy lub zabezpieczeń antyfałszerskich. Na razie jest to jednak kierunek możliwych zastosowań, a nie gotowa technologia.

Kolibry nie żyją w Polsce ani w Europie, więc wyniki dotyczą jej mieszkańców tylko pośrednio. Barwy strukturalne występują jednak także u rodzimych gatunków, choćby w połyskujących piórach niektórych ptaków, a badania nad nimi prowadzi się na całym świecie.

Wciąż nie wiadomo, jak struktury o różnych rozmiarach powstają w trakcie wzrostu pióra ani czy taki sam układ występuje u innych gatunków kolibrów.

Źródło: Phys.org – „A hummingbird’s brilliant magenta feathers depend on a hidden middle layer”