Хамелеон перестраивает свои нанокристаллы для смены цвета
Многие хамелеоны обладают удивительной способностью к сложной и быстрой смене окраски во время социальных взаимодействий. Ученые из Университета Женевы (UNIGE), Швейцария, раскрыли механизмы, регулирующие это явление.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, группа под руководством профессоров Мишеля Милинковича и Дирка ван дер Мареля показала, что изменения происходят за счет активной настройки решетки нанокристаллов в поверхностном слое клеток кожи — иридофорах. Исследователи также обнаружили более глубокий слой иридофоров с более крупными и менее упорядоченными кристаллами, отражающими инфракрасный свет. Такая двухслойная организация является эволюционной новинкой и позволяет хамелеонам быстро переключаться между эффективной маскировкой и эффектной демонстрацией, обеспечивая при этом пассивную термозащиту.
Синий — структурный цвет хамелеона
Помимо коричневых, красных и желтых пигментов, хамелеоны и другие рептилии демонстрируют так называемые структурные цвета. «Эти цвета генерируются без пигментов, с помощью физического явления оптической интерференции. Они возникают в результате взаимодействия определенных длин волн с наноскопическими структурами, такими как крошечные кристаллы в коже рептилий», — объясняет Мишель Милинкович. Эти нанокристаллы расположены слоями, чередующимися с цитоплазмой, внутри клеток-иридофоров.
Чтобы понять, как происходит переход от одного яркого цвета к другому у пантерного хамелеона, исследователи объединили экспертизу в квантовой физике и эволюционной биологии. «Мы обнаружили, что животное меняет цвет за счет активной настройки решетки нанокристаллов. Когда хамелеон спокоен, они организованы в плотную сеть и отражают синие волны. В возбужденном состоянии решетка нанокристаллов разупорядочивается, что позволяет отражать другие цвета, например, желтые или красные», — поясняют физик Жереми Тейссье и биолог Сюзанна Саенко, соавторы статьи. Это уникальный пример самоорганизующейся внутриклеточной оптической системы, контролируемой хамелеоном.
Кристаллы как тепловой щит
Ученые также доказали существование второго, более глубокого слоя иридофоров. «Эти клетки содержат более крупные и менее упорядоченные кристаллы, которые отражают значительную часть инфракрасного излучения», — заявляет Мишель Милинкович. Это обеспечивает отличную защиту от теплового воздействия высокого уровня солнечной радиации в регионах с низкими широтами.
Организация иридофоров в два наложенных слоя представляет собой эволюционное новшество: она позволяет хамелеонам быстро переключаться между эффективной маскировкой и зрелищной демонстрацией, обеспечивая при этом пассивную термозащиту.
В будущих исследованиях ученые планируют изучить механизмы развития упорядоченной решетки нанокристаллов в иридофорах, а также молекулярные и клеточные механизмы, позволяющие хамелеонам управлять ее геометрией.