Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Библиотека

 
Ф. Вильчек
«Красота физики». Глава из книги


Дж. Бэрроу
«История науки в знаменитых изображениях». Глава из книги


Ж. Резникова
И даман поманил за собой


В. Сурдин
Поиски новых планет


С. Горбунов
Сeratotherium simum cottoni. Последний из могикан


Д. Никифоров и др.
ЭКО: длинная история короткой встречи


А. Никонов
Небывалое бедствие в селе Кашкаранцы


Л. Сасскинд, Дж. Грабовски
«Теоретический минимум». Глава из книги


А. Сергеев, А. Благодатский
Насекомые и бионика: загадки зрительного аппарата


Л. Смолин
«Возвращение времени». Глава из книги







Главная / Новости науки версия для печати

Рачки сапфириниды используют продвинутые оптические технологии, чтобы менять цвет и исчезать из виду


Рис. 1. Самцы морских веслоногих рачков сапфиринид замечательно красивы

Рис. 1. Самцы морских веслоногих рачков сапфиринид замечательно красивы: они то радужно переливаются на свету, то вдруг совсем исчезают. Так выглядят только самцы, а самки сапфиринид полупрозрачны и окрашены обычным образом. Фото с сайта roboastra.com

Израильские ученые разгадали секрет красоты радужных рачков сапфиринид. Эти рачки переливаются всеми цветами радуги, но могут вдруг становиться невидимыми. Такой внешностью наделены только самцы, то есть это результат полового отбора. Как выяснили ученые, яркую блестящую окраску определяют светопреломляющие и отражающие кристаллы гуанина, разделенные слоями клеточной цитоплазмы. Именно от толщины цитоплазматических прослоек зависит цвет рачка. А его способность исчезать — это оптический «обман». Разгадка фокуса в том, что при определенных углах падения света спектр отражения смещается в ультрафиолетовую область и снижается интенсивность отраженного света.

Израильские ученые из Института имени Вейцмана в Реховоте и Межуниверситетского института наук о море в Эйлате посвятили свое исследование одному из самых красивых и необычных животных — веслоногим рачкам сапфиринидам (Sapphirinidae). Эти рачки обитают в приповерхностных водах тропической зоны, они совсем плоские, что помогает им не тонуть, питаются желетелыми — медузами и сальпами, откладывая яйца в их тело. Но главное, они, двигаясь, переливаются всеми цветами радуги, то исчезая, то снова появляясь во всей своей блестящей красоте. Это можно увидеть на видео, на котором снят мертвый рачок. Живые рачки плавают, конечно, гораздо резвее, вертясь по спирали. Однако такой захватывающей внешностью могут похвастаться только самцы, самки сапфиринид обычного цвета, разве что полупрозрачные.

Исследуя этот феномен, ученые еще двадцать лет назад определили, что радужная окраска связана с иридофорами — клетками, содержащими кристаллы гуанина. Эти кристаллы совершенной шестиугольной формы ровными стопками уложены в цитоплазме иридофоров (рис. 2). У самок, естественно, таких иридофоров с кристаллической начинкой нет. Зато у них прекрасно развиты глаза, а у их красавцев-ухажеров, например у рачков из рода Copilia, глаза по большей части редуцируются. Так что сапфириниды — это яркий (буквально) пример полового отбора, способного творить необычайные формы.

Рис. 2. Ультраструктура поверхностного слоя Sapphirina metallina

Рис. 2. Ультраструктура поверхностного слоя Sapphirina metallina. (a) — под световым микроскопом хорошо видны шестиугольники кристаллов гуанина. (b), (c) — кристаллы гуанина и их правильная упаковка при более сильном увеличении. Иридофоры (Ir) расположены под внешним слоем кутикулы (Pc). На врезке схематично показаны иридофоры, содержащие стопки кристаллов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of the American Chemical Society

Однако оставалось загадкой, какие морфологические структуры обеспечивают эту замечательную внешность, какими признаками манипулировал естественный отбор. Одних кристаллов гуанина недостаточно: они, как выяснилось, имеют одинаковое строение и толщину вне зависимости от видовой принадлежности и цвета рачка. Тут явно изменялась еще какая-то поверхностная структура. Решением этого вопроса и занялись ученые.

Они наловили планктонной сеткой рачков различных цветов (а они обитают в том числе и в Эйлатском заливе Красного моря): синего, красно-коричневого, золотистого, зеленого и фиолетового. Первые четыре относились к виду Sapphirina metallina, а последний — к виду Copilia mirabilis. Для каждого из этих рачков получили спектр отражения видимого света. Затем с помощью криоэлектронного микроскопа (криоэлектронный метод позволяет подготовить препарат без деформации естественной формы) измерили толщину стопок гуаниновых кристаллов: и самих кристаллов, и цитоплазматических прослоек. Далее последовали расчеты спектров отражения: в формулах использовались оценки толщины гуаниновых кристаллов и стопок в целом, а также известный коэффициент преломления гуанина. (Нужно отметить, что в расчетах применялись классические уравнения оптики с поляризованным светом; поэтому для тех, кто ищет интересные задачи по оптике, данное исследование станет хорошим учебным примером.) В конце осталось сравнить практические измерения спектров отражения с полученными расчетными (рис. 3).

Рис. 3. Пять рачков разного цвета

Рис. 3. Пять рачков разного цвета: (a)-(d) — Sapphirina metallina, (e) — Copilia mirabilis. В правой колонке — стопки гуаниновых кристаллов под кутикулой. Левый график в каждом ряду — измеренный спектр отражения света, правый график — расчетный спектр. Cy — толщина цитоплазмы с погрешностью, Cr — толщина кристаллов с погрешностью, в скобках указано число измерений n. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of the American Chemical Society

Толщина кристаллов оказалась у рачков разного цвета примерно одинаковой, а вот толщина цитоплазматических прослоек лежала в диапазоне от 52 до 200 нм, вчетверо меняя толщину всего отражающего слоя. Расчетные спектры отражения на редкость точно совпали с измеренными. Из этого неизбежно следует вывод, что замечательную окраску рачкам обеспечивают не сами кристаллы, а вся стопка целиком с цитоплазматическими прослойками определенной толщины. А они, будучи обычным свойством клетки, могут легко меняться по мере необходимости в ходе адаптаций. Иными словами, толщина цитоплазмы стала точкой приложения отбора, потребовалось изменять всего одно свойство, а не прилаживать целый комплекс сложных структур.

Попутно выяснилось, как рачки могут мгновенно исчезать и появляться. Всё зависит от угла падения света. При изменении угла падения, меняется и спектр отражения. При определенных углах максимум отражения попадает в ультрафиолетовый диапазон, который человеческий глаз не различает (рис. 4).

Рис. 4. Вид Copilia mirabilis при разных углах падения света

Рис. 4. Слева — вид Copilia mirabilis при разных углах падения света. Справа — спектр и интенсивность отраженного света. Угол падения в 45° превращает рачка в призрака. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of the American Chemical Society

И даже более того, из-за двойного преломления лучей в гуаниновых кристаллах если свет падает под углом 45°, то интенсивность отраженного света в целом снижается. Получается, что, например, голубая Copilia mirabilis, повернувшись к свету на 30°, становится фиолетовой, а повернувшись на 45° практически исчезает, «перекрашиваясь» в ультрафиолет. Изобретателям плаща-невидимки стоило бы повнимательнее приглядеться к этому замечательному рачку.

Источник: Dvir Gur, Ben Leshem, Maria Pierantoni, Viviana Farstey, Dan Oron, Steve Weiner, and Lia Addadi. Structural Basis for the Brilliant Colors of the Sapphirinid Copepods // Journal of the American Chemical Society. 2015. V. 137 (26). P. 8408–8411. DOI: 10.1021/jacs.5b05289.

Елена Наймарк


Комментарии (12)



Последние новости: БиологияОптикаКарцинологияЭволюцияЕлена Наймарк

24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий
16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов
13.05
Удалось проследить зарождение и развитие меланомы от первой раковой клетки
12.05
Атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного
10.05
ГМО будут совершенствоваться при помощи искусственной эволюции
3.05
Создан семантический атлас человеческого мозга
28.04
Малыши гигантских динозавров росли очень быстро
25.04
Расшифрованы генетические основы быстрых эволюционных изменений размера клюва у дарвиновых вьюрков


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия