Τα παιχνίδια της φύσης με τα χρώματα

Τα παιχνίδια της φύσης με τα χρώματα

Το σμαραγδί χρώμα αυτής της πεταλούδας προέρχεται από ένα μείγμα μπλε και κίτρινων αντανακλάσεων από μικρές υφέσεις στα φτερά σε σχήμα μπολ (ένθετη εικόνα πάνω). Μια ανάλογη νανοδομή (αριστερά) που κατασκευάστηκε στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την πιστοποίηση της γνησιότητας εγγράφων

Τα έντονα χρώματα στα φτερά των πουλιών και των πεταλούδων, αλλά και τα σώματα των καλαμαριών συνήθως δεν παράγονται από χρωστικές που απορροφούν το φως, αλλά από διατάξεις μικροσκοπικών δομών που έχουν πλάτος μερικών εκατοντάδων νανόμετρων (δισεκατομμυριοστών του μέτρου). Το μέγεθος και η απόσταση αυτών των δομών καθορίζουν συγκεκριμένα μήκη κύματος (χρώματα) από το φάσμα του ηλιακού φωτός. Οι αποχρώσεις αυτές συχνά είναι και ιριδίζουσες, αλλάζοντας «μαγικά» από μπλε σε πράσινο ή από πορτοκαλί σε κίτρινο, ανάλογα με τη γωνία παρατήρησης του ζώου. Επειδή τα χρώματα παράγονται από την ανάκλαση του φωτός, παρά λόγω απορρόφησης μέρους του, όπως γίνεται με τις χρωστικές, μπορούν να είναι πολύ πιο λαμπερά. Ενα είδος μπλε πεταλούδας της Νότιας και Κεντρικής Αμερικής είναι ορατή από ένα χιλιόμετρο μακριά, καθώς φαίνεται κυριολεκτικά να λάμπει όταν το φως διαπεράσει τον θόλο του τροπικού δάσους και ανακλαστεί πάνω στα φτερά της.

Οι επιστήμονες αρχίζουν να καταλαβαίνουν καλύτερα τους τρόπους που οι συγκεκριμένης διάταξης λεπτεπίλεπτες νανοδομές των ζωντανών οργανισμών χειρίζονται το φως, εμπνέοντας τους μηχανικούς να μιμηθούν τα βιολογικά σχέδια, σε νέα, κατασκευασμένα από τον άνθρωπο οπτικά υλικά. Τα υλικά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο φωτεινές οθόνες και νέους χημικούς αισθητήρες, καθώς και σε μέσα καλύτερης αποθήκευσης, μετάδοσης και επεξεργασίας πληροφοριών.

Ενα είδος νανοδομών, που εμφανίζεται στα φτερά των παγωνιών, στις πεταλούδες και στα λέπια των ψαριών, είναι επάλληλα στρώματα νανοράβδων, που συνθέτουν ένα πυκνό υλικό σκέδασης του φωτός. Επειδή η απόσταση ανάμεσα στα στρώματα ράβδων είναι περίπου ίση με το μήκος κύματος κάποιου χρώματος του ορατού φωτός, οι δομές προκαλούν το φαινόμενο της περίθλασης. Τα χρώματα που ανακλώνται συμβάλλουν «δημιουργικά» ή «καταστροφικά», ενισχύοντας κάποια από αυτά και ακυρώνοντας κάποια άλλα. Η ίδια διαδικασία προκαλεί και τα χρώματα του ουράνιου τόξου στις επιφάνειες των δίσκων CD.

Αλλο είδος νανοδομών που εμφανίζεται σε ορισμένες πεταλούδες είναι διατάξεις χιτίνης με σχήμα χριστουγεννιάτικου δέντρου. Τα παράλληλα «κλαδιά» του δέντρου προκαλούν και πάλι το φαινόμενο της περίθλασης. Επειδή είναι επίπεδες, οι διατάξεις αυτές ανακλούν την ίδια απόχρωση προς όλες τις κατευθύνσεις. Το νερό, έχοντας διαφορετικό δείκτη διάθλασης από τον αέρα, όταν καλύψει αυτές τις διατάξεις, έχει ως αποτέλεσμα να αλλάζει το ανακλώμενο χρώμα.

Νανοσπόνγκοι (κρυσταλλικές διατάξεις με τρύπες), παραμορφωμένες νανοδιατάξεις με μη κανονική δομή και μπολ που ανακλούν το φως (βλ. διπλανή εικόνα) είναι μερικές άλλες τεχνικές που εντοπίζονται σε πεταλούδες και πουλιά, ενώ κρυσταλλικές ίνες (φωτονικοί κρύσταλλοι) και στρώσεις πρωτεϊνών που ονομάζονται ιριδοφόρα είναι οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται σε ιριδίζοντα σκουλήκια και καλαμάρια αντίστοιχα.

Δεν γνωρίζουμε πολλά για το πώς προέκυψαν μέσω της εξέλιξης των ειδών αυτές οι βιολογικές δομές, αλλά τουλάχιστον μαθαίνουμε πώς είναι φτιαγμένες και πώς παράγουν φανταστικά χρώματα. Η φύση δεν έχει εξεζητημένες τεχνολογίες, όπως οι ακτίνες ηλεκτρονίων, ώστε να χαράξει λεπτά στρώματα υλικού και γι' αυτό έχει δώσει πρωτότυπες λύσεις με πιο απλά μέσα. Αν οι μηχανικοί μπορέσουν να αξιοποιήσουν τα ευρήματα αυτά ίσως καταφέρουν να αναπτύξουν φτηνά υλικά που να αλλάζουν εμφάνιση, όπως το καμουφλάζ του καλαμαριού, ή ολοκληρωμένα κυκλώματα για υπολογιστές που να μεταδίδουν την πληροφορία οπτικά αντί ηλεκτρονικά σε πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες.

Τα ιριδίζοντα φτερά των παραδείσιων πτηνών μπορούν να γίνουν απότομα κίτρινα, με μικρή μετακίνηση των κροσσών στα άκρα τους

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»