Изменения цвета каракатицы вдохновляют создателей новых экономичных экранов телевизоров

Джонатан Сарфати

Каракатицы очень хорошо известны своими яркими цветами, которые они могут изменять. Благодаря этому свойству они даже получили название «морские хамелеоны». Иногда их тело покрывается полосками, как у зебры, и эти полоски передвигаются по телу. Каракатицы могут делать это несколькими способами, и один из них вдохновил ученых на создание нового типа экрана телевизоров с очень низким расходом энергии — менее 1% обычных экранов.

Фотография: stock.xchng

Каким образом каракатица изменяет свой цвет

Каракатица имеет несколько структур, благодаря которым она может быстро изменять свой цвет. К этим структурам относятся:

Хроматофоры

Это группа клеток, которые включают эластичный мешочек, удерживающий пигмент, плюс 15–25 мышечных волокон, прикрепленных к этому мешочку. Когда мышца сокращается, она растягивает мешочек, так что он накрывает большую область. Цвет хамелеона 2 также в значительной степени является результатом действия хроматофор, но каждый хроматофор каракатицы имеет нервное окончание. Благодаря этому происходит более точный контроль, так что когда один мешочек расширяется, соседний мешочек сжимается. В результате, каракатица может быстро изменять цвет тела и создавать сложные цветовые рисунки.

Иридофоры

Это крошечные стопки пластинок, которые действуют как дифракционная решётка, и создают радужные цвета. Радужные синие цвета у бабочек и птиц также образуются в результате дифракции, т.е. разделения и рассеивания разных цветов спектра. Видимые цвета зависят от того, где находится наблюдатель и под каким углом он их наблюдает. Эти цвета называются структурными цветами, так как они зависят от структуры материала, а не от пигмента. Образуемые иридофорами цвета каракатицы относительно неизменные, а вот гормоны вызывают изменения в цвете.

Лейкофоры

Эти клетки похожи на иридофоры, но они плоские и представляют собой более обычные пластинки, которые отражают свет, а не преломляют его. Цвет иридофор совпадает с окружающим светом: белый свет образует белое сияние, но если входящий свет другого цвета, то именно этот цвет и будет отражаться. Такое свойство клеток очень помогает каракатицам маскироваться от врагов.

Фотофоры

Эти клетки фактически излучают свет, а не поглощают (как пигмент), преломляют (как иридофоры) или отражают (как лейкофоры) уже существующий свет. Они используют биолюминесценцию или свет, образующийся в результате химической реакции с незначительным выделением тепла. У некоторых животных есть мешочки, в которых содержатся биолюминесцентные бактерии, находящиеся в симбиотической связи с хозяином.

Новый дизайн экрана телевизора

Ученые из группы под руководством Эдвина Томаса из Массачусетского института технологий понимают, что это хорошая технология и описывают её в журнале «Advanced Materials». Доктор Томас объясняет, очевидно, говоря об иридофорах:

«Каракатицы изменяют свой цвет путем выделения различных химических веществ, которые изменяют расстояние между клеточными мембранами. … Мы создали искусственную электрическую систему, способную регулировать расстояние между слоями».

Модель созданного экрана представляет собой квадрат площадью в несколько дюймов и всего один микрон толщиной (одна тысячная доля миллиметра). Этот микрон заполнен очень тонкими чередующимися слоями «дешевого полистирола» и поли(2-винилпиридина) (2VP). Первый является инертным, а второй при небольшом электрическом напряжении расширяется. С ростом напряжения, толщина 2VP слоя увеличивается, а вместе с ней для наблюдателя растет и длина волны света. Таким образом низкое электрическое напряжение производит фиолетовый и синий цвета, а более высокое напряжение проходит через спектр и достигает красного цвета при напряжении 10 V.

Экран не излучает свет, почему он и не требует больших затрат энергии. Но это означает, что для экрана необходим внешний источник света, который должен светить на него. И на него необходимо смотреть спереди, потому что цвет изображения меняется вместе с изменением угла.

По словам Томаса, такой экран очень легко собрать, поэтому он работает в местной школе с учителем химии по созданию целого ряда простых, недорогих и довольно безопасных экранов для использования их на уроках химии. Но, несмотря на всю простоту, Стивен Фолгер из Клемсонского университета, штат Южная Каролина, говорит:

«Приспособляемость этих систем фантастична. Они позволяют получать огромный диапазон цветов, используемый в разных сферах».

Это далеко не первый раз, когда природа, или скорее Дизайнер Природы, удивляет учёных замысловатыми и эффективными способами создания изысканных цветов и узоров.

Ссылки и примечания

1. Джеймс Вуд и Келси Джексон, «Как цефалоподы изменяют цвета», Биологическая станция на Бермудских островах, 16 сентября, 2004. Конечно же, эта статья безосновательно возносит эволюцию, но, тем не менее, в ней содержится много полезной информации о дизайне.
2. Также смотрите, «В результате дизайна», 2008 (выше), гл. 3: Цвета и узоры.
3. Эрик Бленд, «Изменяющая цвета каракатица вдохновляет создателей экранов телевизоров: в модели экрана используется менее одной сотой доли мощности традиционных экранов», , 12 мая, 2009.
4. Сообщая о ранее проведенном доктором Томасом исследовании, в статье «Гель изменяет цвет по требованию» поясняется: «Секрет изменения толщины слоя поли–2-винил-пиридина (2VP) заключается в том, чтобы дать азоту на каждом сегменте 2VP блока положительный заряд, что создает полиэлектролитную цепь, которая может увеличиваться до более 1,000 процентов своего объема в воде».
5. Также смотрите, «В результате дизайна», 2008 (выше), гл. 3: Цвета и узоры.
6. Сначала я настороженно принял этот новый пример биомиметики в статье «Каракатица вдохновляет на создание отражающих экранов», Creation-Evolution Headlines,, 20 апреля, 2009.

Источник - www.answersingenesis.org