Роль эволюции в формировании окрасок в живой природе.

На прошлой неделе проходила в Москве на базе МВТУ им. Баумана проходила международная конференция БИОНИКА, где я делал доклад по зуму на тему «Наноструктурные, беспигментные окраски в природе». У меня месяц тому назад вышла книга под таким же названием.

В природе, а теперь уже и в форме рукотворных технологий, используются два механизма формирования окраски.

Один механизм (пигментный) знают, во всяком случае используют, со времен первобытного человека. В природе в растениях и животных существуют окрашенные вещества (пигменты, красители), имеющие определенное химическое строение делающее их окрашенными. Если такие окрашенные вещества поместить в какой-либо субстрат (растение, внешний покров животного, текстиль, дерево, металл, пластик, керамика и др.), то пигмент или краситель эстафетно передаст свой цвет, окраску субстрату. Эти окрашенные молекулы, потому окрашены и передают свою окраску окружающему их материалу, что в силу своего химического строения (наличие сопряженных систем химических связей) способны поглощать из попадающего на них видимого света лучи определенной длины. Поэтому в зрительный аппарат (наш в том числе) попадает только часть видимых лучей, которые и вызывают у наблюдателя цвет, окраску, соответствующую части дошедшей до наблюдателя видимых лучей. Такой механизм называют пигментным или химическим, поскольку цвет зависит от химического строения органических молекул.

Большинство людей про второй механизм, которым пользуется природа, не знает, даже многие ученые не слыхали о нем. А оба механизма возникли уже 500 млн. лет тому назад одновременно. Эволюция нередко одни и те же задачи решает разными средствами, что расширяет возможности эволюции. Но сначала о втором механизме.

Если первый механизм – пигментный, химический, то второй механизм физический (оптический), беспигментный, структурный (правильнее наноструктурный). Все эти определения справедливы. Природа в живых организмах путем биосинтеза формирует из метаболитов (продуктов обмена), чаще всего из биополимеров (крахмал, хитин, коллаген и др.) структуры с наноэлементами, размеры которых соизмеримы с длиной волн видимого света. При взаимодействия света с такими наноструктурами разнообразной конфигурации возникает целый набор оптических явлений: интерференция (как в детском мыльном пузыре), дифракция, отражение, рассеяние. В результате всех этих оптических пертурбаций часть видимых лучей теряется и к наблюдателю попадают только часть видимых лучей, которые достигают зрительного аппарата наблюдателя. Возникает ощущения цвета соответствующего дошедшим лучам видимого света.

Конечно и первый, и второй механизмы более сложные, принципы их изложены популярно, но принципиально правильно. Эти два механизма (химический и физический) формирования окраски возникли еще 500 млн. лет тому назад (поздний Кембрий) и конкурировали с совершенствующим аппаратом зрения животных.

Работая над двумя механизмами формирования цвета эволюция, конечно, ориентировалась на другую эволюцию зрительного аппарата животных. Эволюция цвета и окраски преследовала цель дать возможность живым организмам, растениям и животным продолжить свое потомство, а для этого наградить их такими свойствами и закрепить эти свойства, которые защитят, помогут продолжить существовать в суровых условиях природы. У растений – это привлекающая, отпугивающая, обманывающая окраска. У животных более богатый арсенал функций окраски. Чего стоит окраска хамелеона или морских головоногих моллюсков, способных менять не только цвет, но и рисунок. Но даже и такие оптические, колористические фокусы не помогают. В природе на каждую хитрость оказывается еще большая хитрость. На это очень способен человек.

Про второй механизм начали догадываться великие физики прошлого – сэр Ньютон, сэр Релей и другие. К сожалению, в их распоряжении был только световой микроскоп, разрешающая способность которого не позволяла обнаружить наноструктуры. Когда в прошлом веке были изобретены электронные микроскопы разного типа, то были получены неопровержимые доказательства четкой связи между наличием наноструктуры определенного типа в растениях и в покрове животных и возникновением целого каскада оптических явлений при взаимодействии света с этими структурами и разнообразными окрасками, в том числе радужными, переливчатыми. Более того начали динамично развиваться рукотворные, природоподобные технологии формирования наноструктурных окрасок. Последние используются в оптике, информатике, в колорировании разных субстратах. Вот об этом моя книга. Прошу с ней познакомиться.

PS. Большинство обывателей про второй механизм не знают, более того про него не знают и многие ученые.

PSS. Многие люди думают, что вся многокрасочная палитра цветов, окрасок, рисунков живой природы создана для их эстетического удовольствия. Какая самонадеянность, свойственная многим людям. Некоторые из них думают, что природа создана для их потребления. Так вот, цвет, окраска растений и животных это результат эволюции и сложных процессов биосинтеза пигментов и наноструктур.

PSSS. Можно сказать, что эволюция в живой природе есть очень сложная самообучающаяся программа, т.е. на современном языке – интеллект, только не искусственный, а природный, и не локальный, а системный. И он заслуживает пристального изучения и последующего перевода на язык технологий, что и делает БИОНИКА.