Учёные открыли, как кальмары контролируют хамелеоноподобные свойства
«Умная кожа» кальмара может менять цвет и узор мгновенно для маскировки или подачи сексуального сигнала. Это виртуозный дисплей, давно восхищающий учёных.
Исследователи из лаборатории морской биологии при Чикагском университете (University of Chicago) и из Северо-Восточного университета (Northeastern University) сообщают об открытии механизма, меняющего представление учёных о том, как специализированные элементы в коже кальмаров, хроматофоры, способствуют изменению цвета. Оказалось, что это происходит благодаря взаимовлиянию пигментов и структурной окраски. Исследование, приближающее биоинженеров к созданию умной кожи, опубликовано в журнале Nature Communications.
«Люди давно пытались создать устройства, имитирующие изменение цветов у головоногих, используя уже готовые компоненты, — говорит Лейла Дерави (Leila Deravi) из Северо-Восточного университета. — Но никто не смог и близко подойти к скорости и точности того, как это работает у моллюсков».
Лейла Дерави и Роджер Ханлон (Roger Hanlon) возглавили междисциплинарную группу по исследованию динамической окраски кальмаров на молекулярном уровне.
Кожа кальмара состоит из двух типов структур, управляющих светом для получения разных цветов. В хроматофорах содержатся эластичные пигментные мешочки, которые быстро растягиваются в цветные диски, когда мышцы вокруг них сокращаются. Когда свет попадает на гранулы пигмента, они поглощают большую часть длины волны и отражают лишь узкую полосу цвета.
В более глубоких слоях кожи клетки, которые называются иридофорами, отражают весь свет, попадающий на них. Когда они рассеивают этот свет методом структурной окраски, мы видим отражённый яркий переливающийся цвет.
Ранее считалось, что имеющиеся данные указывают только на один тип окраски: пигментный или структурный. Но когда автор исследования и сотрудник лаборатории морской биологии Стивен Л. Сенфт (Stephen L. Senft) внимательно изучил хроматофоры кальмаров, он заметил, что радужное сияние идеально соответствует пигменту.
«В верхнем слое, находящемся в хроматофорном элементе, есть структурная окраска, — говорит Ханлон. — Никто не замечал этого раньше».
Ханлон последние 40 лет изучал биологию головоногих, и он внимательно присмотрелся к старым слайдам. Среди них он нашёл изображение синего перелива, отражающегося от хроматофора. В то же время, мерцающий синий цвет исходил из иридофора в глубинном слое кожи.
«Я видел это в 1978 году и не понимал, на что смотрю. Это невероятно», — говорит Ханлон.
На этот раз исследователи уверены, что переливчатое свечение исходит из хроматофора. Группа исследователей обнаружила белки, создающие его в клетках, окружающих пигментные мешочки.
Это неожиданное открытие — что хроматофор использует и пигментную, и структурную окраску для создания динамических эффектов. Оно открывает новые перспективы как для биологов, так и для химиков.
«Мы изменили существующие представления о том, как работает кожа головоногих», — говорит Ханлон.
Биологи, как Ханлон, могут использовать новую информацию для того, чтобы лучше понять этот вид. Химики, связанные с прикладной наукой, как Дерави, могут применить её для работы над проектированием прикладных технологий, имитирующих способность головоногих менять цвет.
«Мы работаем над схемой того, как функционируют эти моллюски. Наша конечная цель — создать материал, носимое устройство, краску или покрытие, которое сможет быстро изменять цвет. Сегодня это не такая уж и недостижимая цель, по сравнению с тем, что было три года назад», — комментирует Дерави.