Наноструктури във восъчната обвивка на боровинките отразяват синята и ултравиолетовата светлина, което придава на боровинките характерния им цвят, показва проучване
Тайната на нюанса на боровинките се крие в структурата на восъчната им обвивка.
Восъчните покрития на плодовете със син цвят, като боровинки (Vaccinium corymbosum), грозде (Vitis vinifera) и някои сливи, съдържат наноструктури, които разсейват синята и ултравиолетовата светлина, съобщават изследователите на 7 февруари в Science Advances. Това кара тези плодове да изглеждат сини за хората. Птиците, които са способни да виждат ултравиолетова светлина, вероятно виждат тези вкусни плодове като синьо-виолетови.
Синьото не е често срещан цвят в природата. И макар да са известни някои сини плодове, малко от тях съдържат пигменти в този нюанс. Боровинките например съдържат огромно количество антоцианин - пигмент в обвивката, който би трябвало да придаде на всяко топче тъмночервен цвят.
Но структурите във восъчните външни слоеве на плодовете могат да създадат свои собствени сини цветове. Разработването на начини за имитиране на цветообразуващото покритие на боровинките може един ден да даде нов начин за придаване на син оттенък на пластмасите или грима.
„Използването на този вид оцветители е страхотно, защото те не цапат“, обяснява Рокс Мидълтън (Rox Middleton), физик от Бристолския университет в Англия и Дрезденския технологичен университет в Германия.
За да разберат по-добре какво е особеното във восъчните покрития на плодовете, Мидълтън и колегите му разглеждат различни плодове под сканиращ електронен микроскоп. Получените изображения показват набор от малки молекулярни структури. Допълнителни оптични експерименти разкриват, че всички структури разсейват синя и ултравиолетова светлина.
Сканиращи електронни микрографски изображения на миниатюрни структури, наблюдавани върху боровинка, орегонско грозде и слива.
Тези изображения от сканиращия електронен микроскоп разкриват най-дребните детайли на синьо оцветените плодови кожички. Наноструктурите, открити в боровинките (вляво), отразяват синята и ултравиолетовата светлина, като прикриват тъмночервените антоцианови пигменти, намиращи се под восъчното покритие на плодовата кожица. Подобни структури, открити в гроздето на магония (в средата) и сливите (вдясно), също правят плодовете да изглеждат сини.
„Когато потъркате външната страна на боровинка и премахнете този външен слой восък“, посочва Мидълтън, „тогава можете да видите, че отдолу е напълно тъмна."
Екипът успява да пресъздаде този ефект и в лабораторията. Восъкът от декоративния храст магония (Mahonia aquifolium) става прозрачен, когато се разтвори с хлороформ. Когато восъкът рекристализира, след като е разнесен върху черна карта, слоят възвръща синия си оттенък.
Справка: R. Middleton et al. Self-assembled, disordered structural color from fruit wax bloom. Science Advances. Published online February 7, 2024. doi: 10.1126/sciadv.adk4219.
Източник: Here’s why blueberries are blue, Science News
ЗАЩО ЖИВОТНИТЕ И РАСТЕНИЯТА „НЕ ОБИЧАТ“ СИНИЯ ЦВЯТ? СТРУКТУРНО ОЦВЕТЯВАНЕ
Поразителният син плод на Viburnum tinus. Кредит: Rox Middleton
Животните и растенията се предлагат в почти всеки цвят под дъгата, но може би сте сте забелязали, че синьото изглежда е в дефицит. Има синьо в скалите, синьо небе и синя вода, но сред животните и растенията синьото не е много популярно. И така, защо този цвят е толкова рядък в природата?
На Международния фестивал за научни филми SCINEMA 2019 филмът „Защо синьото е толкова рядко в природата?" (Why Is Blue So Rare In Nature?) на Джо Хенсън от Be Smart разглежда пеперудите, за да ни помогне да разберем как живите същества стават сини и защо точно това е толкова рядко.
Структурно оцветяване
При живите същества структурното оцветяване означава, че цветът им се създава благодарение на микроскопично структурирани повърхности, достатъчно фини, за да интерферират видимата светлина. Например перата на опашката на паун са пигментирани в кафяво, но тяхната микроскопична структура ги кара също да отразяват синя, тюркоазена и зелена светлина и често са преливащи.
Сапфирено колибри. Кредит: Tumbral.com Перо от опашка на паун. Кредит: Flickr (CC BY-NC-ND 2.0)
Структурното оцветяване е наблюдавано за първи път от Робърт Хук и Исак Нютон, а неговият принцип - вълновата интерференция - е обяснен от Томас Йънг век по-късно. Йънг описва ирисценцията като резултат от интерференция между отражения от две или повече повърхности на тънки филми, комбинирани с пречупване, когато светлината прониква и напуска такива филми. След това геометрията определя, че при определени ъгли светлината, отразена от двете повърхности, се интерферира конструктивно, докато при други ъгли светлината се интерферира деструктивно. Затова се появяват различни цветове под различни ъгли.
При животни като перата на птици и люспите на пеперудите, интерференцията се създава от редица фотонни механизми, включително дифракционни решетки, селективни огледала, фотонни кристали, кристални влакна, матрици от наноканали и протеини, които могат да променят конфигурацията си. Някои нарязани меса също показват структурно оцветяване поради периодичното подреждане на мускулните влакна.
Много от тези фотонни механизми съответстват на сложни структури, видими чрез електронна микроскопия.
В малкото растения, които използват структурно оцветяване, блестящите сини цветове се произвеждат от структури в клетките.
Как растенията успяват да направят това със структурния цвят, открит в плодовете на Viburnum tinus?
Сините плодове са редки, тъй като необходимите пигментни съединения са сравнително необичайни в природата. Viburnum tinus обаче го прави по друг начин.
През 2020 г. изследователи откриват, че вечнозеленият храст, който е популярен за озеленяване в цяла Европа, дължи ослепително синия цвят на плодовете си на мазнините в клетъчната му структура - за първи път се наблюдава този тип производство на цветове.
Докато повечето растения имат клетъчни стени, направени от целулоза, плодовите клетки на V. tinus имат много по-дебели стени с хиляди кълбовидни липиди, подредени в слоеве, отразяващи синя светлина.
„Структурният цвят е много често срещан при животните, особено птиците, бръмбарите и пеперудите, но само при няколко растителни вида е установено, че имат структурен цвят в плодовете си“, разказва Миранда Синът-Армстронг (Miranda Sinnott-Armstrong) от Йейлския университет, съавтор на статия в списание Current Biology.
Когато за първи път вижда растението Viburnum tinus в италианска градина през 2010 г., водещият автор Силвия Виньолини (Silvia Vignolini), физикохимик от Университета в Кеймбридж, решава, че тук има нещо различно, но първоначалният анализ не разкрива нищо особено.
Възможността да се изследват с помощта на електронна микроскопия променя всичко.
„Преди да получим изображенията, ние просто виждахме някакви петна“, разказва Виньолини. „Когато разбрахме, че тези петна са липиди, много се развълнувахме."
Микроскопски изглед на V. tinus. Кредит: Rox Middleton
Анализът показва, че липидните структури са включени в клетъчната стена на външната обвивка или епикарпа на плодовете.
Освен това слой от тъмночервени антоцианинови пигменти лежи под сложната структура и всяка светлина, която не се отразява от липидната структура, се абсорбира от тъмночервения пигмент отдолу. Това предотвратява обратното разсейване на светлината, което прави плодовете да изглеждат още по-сини.
Докато повечето плодове имат ниско съдържание на мазнини, някои – като авокадо, кокосови орехи и маслини – съдържат липиди, осигуряващи богат на енергия източник на храна за животните. Това няма пряка полза за растението, казват изследователите, но може да стимулира разпространението на семената като привлича птиците.
Кредит: Rox Middleton et al.
Изследователите подозират, че цветът на плодовете на V. tinus може да служи като сигнал за неговото хранително съдържание. Една птица може да погледне плода и да разбере дали е богат на мазнини или на въглехидрати въз основа на това дали е син или не.
„Честните сигнали са рядкост в плодовете, доколкото знаем“, коментира Синът-Армстронг. „Ако структурният цвят на плодовете Viburnum tinus всъщност е честен сигнал, това би било наистина прекрасен пример, при който цветът и храненето идват поне отчасти от един и същ източник: липидите, вградени в клетъчната стена.
„Никога досега не сме виждали нещо подобно и ще бъде интересно да видим дали други структурно оцветени плодове имат подобни наноструктури и подобно хранително съдържание.“
Справка: Viburnum tinus Fruits Use Lipids to Produce Metallic Blue Structural Color
Rox Middleton, Miranda Sinnott-Armstrong, Yu Ogawa, Beverley J. Glover, Michael J. Donoghue, Silvia Vignolini et al.
Published:August 06, 2020 DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.07.005
Източник: A new approach to working blue, Cosmos magazine
