Как окрашиваются крылья бабочек: пигменты и структура

Природа использует два принципиально разных способа создания цвета на крыльях насекомых: химический (пигментный) и физический (структурный). Если говорить о механизме, то бабочки не просто «красят» свои крылья в процессе жизни, а создают сложную систему из чешуек, которые работают либо как контейнеры с краской, либо как высокотехнологичные оптические приборы.

Два способа создания цвета: пигменты и структура

Чтобы понять, как именно окрашивается крыло бабочки, нужно заглянуть в микромир. Все крылья покрыты крошечными чешуйками, которые расположены плотно, подобно черепице на крыше дома. Эти чешуйки являются видоизмененными волосками, и по типу их работы ученые разделяют всю окраску на два вида.

Пигментная окраска (химический метод)

Пигментные чешуйки содержат в себе реальные красители — химические вещества, которые поглощают свет одной длины волны и отражают другие. Этот процесс полностью зависит от биохимии организма. Например, черные или коричневые оттенки часто создаются меланином, который бабочка вырабатывает сама.

Важную роль играет питание на стадии личинки (гусеницы). Если гусеница ест определенные растения, она получает вещества, которые позже станут цветом ее крыльев. Так, зеленый цвет может быть результатом потребления хлорофилла из листьев, а яркие красные или желтые оттенки часто связаны с каротином, который бабочки получают из растений (например, из моркови). Пигментная окраска всегда выглядит матовой и не имеет металлического блеска.

Структурная окраска (оптический метод)

Некоторые виды бабочек обладают невероятным металлическим переливом, который невозможно объяснить наличием краски. В этом случае цвет в крыльях бабочек образован не пигментами, а особым строением самих чешуек.

Оптические чешуйки представляют собой микроскопические пластинки с крошечными отверстиями. По-научному этот процесс называется интерференцией света. Эти отверстия работают как перевернутые конусовидные ловушки для света. Когда солнечные лучи попадают в такие структуры, они частично поглощаются, а частично отражаются. Поскольку размер этих «ловушек» строго определен, отражается лишь свет определенной длины волны — например, только синий или золотистый.

Нечто похожее мы можем увидеть в радужных разводах на мыльных пузырях. Это не краска, а результат преломления света через тонкую пленку. Существует очень простой способ доказать работу этого механизма: если брызнуть на крыло бабочки спиртовым раствором, ее яркий цвет исчезнет и станет однотонным. Спирт заполняет конусовидные ловушки, мешая им работать с лучами. Как только жидкость испарится, магия оптического блеска вернется.

Факторы, влияющие на итоговый цвет

Окраска бабочки не является чем-то неизменным; она зависит от множества внешних и внутренних условий.

1. Генетика. Наследственность определяет базовую структуру чешуек и набор доступных пигментов.

   

2. Рацион питания. Качество и вид растений, которыми питалась гусеница, напрямую влияют на насыщенность цвета. Исследование голубянки Фишера (Tongeia fischeri) показало, что бабочки, выросшие на местных растениях, получались более желтоватыми, а те, кто ел инвазивные виды — серыми. Это различие заметно даже в ультрафиолетовом спектре.

3. Среда обитания. Освещение и температура могут влиять на интенсивность оттенков.

Биомиметика: как люди копируют окраску бабочек

Ученые изучают механизмы чешуек, чтобы создавать новые материалы. Вместо использования синтетических молекул-пигментов, которые со временем выцветают, исследователи разрабатывают структурные краски.

В таких красках цвет создается за счет наноразмерного расположения бесцветных материалов, например алюминия и оксида алюминия. Такая технология имеет два огромных преимущества:

• Долговечность. Структурный цвет не тускнеет со временем, так как он не зависит от разрушения молекул пигмента под солнцем.

  

• Энергоэффективность. Подобные покрытия отражают инфракрасное тепловое излучение. Это позволяет поверхностям оставаться на 10–15 градусов холоднее, чем при использовании обычных красок.

Изучение того, как крыло бабочки окрашивается в разные цвета с помощью интерференции, помогает человечеству создавать экологичные и стойкие покрытия для техники и зданий.