Mokslas ir IT

2020.05.01 21:20

Kodėl vabzdžiai spalvoti? Neseniai rastas kristalais spindintis vabalas leidžia geriau suprasti šį fenomeną

LRT.lt2020.05.01 21:20

Gamtoje gausu spalvų, tačiau nedaug rastume gyvūnų, kurie savo spalvingumu nenusileistų vabzdžiams, rašo „The Conversation“. Pradedant dramatiškais juodai geltonais vapsvos dryžiais ir žaviais boružės taškeliais ir baigiant žaižaruojančiais metalo atspalvio blizgiavabaliais, vabzdžių pasaulis gali pasiūlyti visą paletę kaleidoskopinių atspalvių, raštų ir optinių efektų.

Tačiau iki šiol nėra iki galo aišku, kodėl vabalai tokie spalvingi. Kaip ir kada jie įgijo spalvas, ar jų vaidmuo visais evoliucijos tarpsniais buvo toks pat? Neseniai buvo rastos puikiai išsilaikiusių ir savo mėlynai žalio atspalvio nepraradusių 13 tūkst. metų senumo straubliukinių vabalų fosilijos. Atradimai, kurie buvo aprašyti leidinyje „Biology Letters“, leidžia geriau suprasti sudėtingiausių spalvas sukuriančių vabalų struktūrų – vadinamųjų 3D biofotoninių kristalų – evoliuciją.

Iki šiol buvome radę vos vieną fosilijoje išsilaikiusį tokių kristalų pavyzdį. Naujasis mėginys patvirtina hipotezę, kad 3D spalvas sukuriančios struktūros atsirado kaip kamufliažo priemonė, o ne kaip būdas atkreipti dėmesį. Tačiau kur kas svarbiau tai, kad atliktas tyrimas rodo, jog tokios fosilijos gali būti kur kas dažniau sutinkamos nei iki šiol manyta. Tai sudaro mums galimybes daugiau sužinoti apie „struktūrinių spalvų“ evoliuciją ir jas sukuriančius biofotoninius kristalus.

Šios iš pažiūros futuristinės struktūros priklauso medžiagų, kurios nanoskopiniame lygmenyje dažniausiai turi taisyklingą, pasikartojančią architektūrą, šeimai. Jos paprastai skleidžia tam tikro ilgio šviesos bangas, taip kurdamos vadinamąsias struktūrines spalvas, pasižyminčias konkrečiomis optinėmis savybėmis. Mes su tuo susiduriame kasdien: vaivorykštinis DVD disko raibuliavimas, besimainančios muilo burbulo spalvos ar ugnį primenantis labradorito arba opalo švytėjimas.

Biologinių monostruktūrų kuriamos struktūrinės spalvos ryškiausiai matomos gamtoje. Klasikinis pavyzdys būtų melsvas Morfo drugio sparnelių žaižaravimas ar auksu tviskantys veidrodiniai grambuoliukų pošeimio vabalų atspindžiai, atsirandantys dėl mikroskopinių vabzdžio audiniuose esančių sluoksnių.

Šios struktūros kuria akinančias spalvas, matomas tik tam tikru kampu ir besikeičiančias, priklausomai nuo stebėjimo kampo (tai vadinama spalvų žaismu). Tokie optiniai efektai ir ryškios spalvos, pasirodo, puikiai veikia, atbaidant grobuonis ir bandant susirasti porą.

Tačiau yra ir tokių 3D biofotoninių struktūrų, kurios gali manipuliuoti šviesa visomis kryptimis. Vabzdžių pasaulyje tokiomis savybėmis pasižymi tik straubliukiniai, ūsuočiai, drugeliai ir plaštakės, galintys formuoti sudėtingas chitino (medžiaga, sudaranti didesnę dalį vabzdžių egzoskeleto) ir oro struktūras.

Išsiaiškinę, kuriame evoliucijos etape šios struktūros išsivystė, galėtume geriau suprasti, kam jos apskritai buvo reikalingos. Tačiau čia susiduriame su problema – iškastinių 3D biofotoninių kristalų pavyzdžių beveik nėra. Vienintelis žinomas pavyzdys – vienos mūsų mokslininkės 2014 m. Kanados ledynų suformuotuose nuosėdų sluoksniuose rasta 735 tūkst. metų senumo vabalo fosilija.

Vėlesni vabzdžių radiniai per daug nedžiugina, nes tai paprastai tėra rusvi antsparnių fragmentai. Tačiau gerokai juos padidinus, pasimato stulbinančios spalvos – ryški žalia, mėlyna, geltonos užuominos. Mes šiuos žvynelius išanalizavome, naudodami galingus elektroninius mikroskopus, kurie patvirtino, kad šiuose fragmentuose yra taisyklingų nanostruktūrinių darinių. Tokie per tūkstančius metų išsilaikiusių nanostruktūrų radiniai stebina net ir mus, visko mačiusius profesionalus.

Atlikę mikroskopinius tyrimus, įsitikinome, kad šios struktūros yra 3D biofotoniniai kristalai, tačiau, kad tai įrodytumėme, teko pasitelkti struktūrinę diagnozę ir optinį modeliavimą. Tai atliko mūsų kolega Vinodas Saranathanas, kuris, pasinaudodamas Argonne laboratorijoje netoli Čikagos esančiu dalelių greitintuvu, ištyrė šiuos žvynelius rentgeno spinduliais. V. Saranathano atlikti tyrimai patvirtino, kad iškastiniuose vabalų antsparnių žvyneliuose yra viena deimantinio fotoninio kristalo nanostruktūra. Tokiu būdu žaižaruojanti žalia, geltona ir mėlyna spalva be jokios abejonės yra fosilizuotos struktūrinės spalvos.

Visgi mūsų akies matymo lygmenyje atskirų mikroskopinių kristalų spalvos susimaišo, spalvų žaismo efektas dingsta ir lieka bendra žalsva spalva. Todėl rezultatas, skirtingai nuo daugelio 3D nanostruktūras turinčių vabalų, yra matinė, o ne blizgi spalva. Tai leidžia daryti prielaidą, kad straubliukinių kristalai susiformavo kaip tam tikra kamufliažo forma, leidžianti šiems vabalams likti nepastebėtiems tarp jų buveinėms būdingų žalių lapų.

Mums svarbus tikslumas ir sklandi tekstų kalba. Jei pastebėjote klaidų, praneškite portalas@lrt.lt