קרן זנב סרט כחול כתמים. מחקר על קרני זנב סרט כחול כתמים חשף כיצד הננו-מבנים של העור שלהם יוצרים צבעים כחולים חיים, שימושיים בהסוואה ועשויים להתאים לצבעים ידידותיים לסביבה ביישומים שונים. קרדיט: מורגן בנט סמית'
חוקרים גילו את המנגנונים שמאחורי הכתמים הכחולים החשמליים על קרני זנב סרט כחול, מזהים מבנים ננו המחזירים אור ליצירת צבעים מרהיבים.
לממצא זה יש השלכות על פיתוח טכנולוגיות צביעה ללא כימיקלים, עם מחקר מתמשך על תופעות דומות בימיים אחרים מִין.
גילוי של מבנים ננו בעור Stingray
מדענים זיהו את הננו-מבנים הייחודיים האחראים לכתמים הכחולים החשמליים של קרן זנב הסרט הכחול (Taeniura lymma), עם יישומים אפשריים לפיתוח צבע ללא כימיקלים. הצוות גם עורך מחקר מתמשך על הצבע הכחול האניגמטי לא פחות של הכריש הכחול (פריונס גלאוקה).
צבע העור ממלא תפקיד מפתח בתקשורת האורגניזמית, ומספק רמזים חזותיים קריטיים לחיים שיכולים להזהיר, למשוך או להסוות. לקרני זנב כחול כתמים יש כתמים כחולים חשמליים בולטים על עורם, עם זאת, התהליכים הביולוגיים שיצרו את הכתמים הכחולים החשמליים הללו היו בגדר תעלומה, עד עכשיו.
"אם אתה רואה כחול בטבע, אתה כמעט יכול להיות בטוח שהוא נוצר על ידי ננו-מבנים של רקמות, לא מפיגמנט", אומר מייסון דין, פרופסור חבר לאנטומיה השוואתית באוניברסיטת סיטי של הונג קונג (CityU). "הבנת צבע מבני בעלי חיים אינה קשורה רק לפיזיקה אופטית אלא גם לחומרים המעורבים, כיצד הם מאורגנים היטב ברקמה, וכיצד הצבע נראה בסביבת החיה. כדי לצייר את כל החלקים הללו יחד, הרכבנו צוות גדול של דיסציפלינות ממספר מדינות, והגענו לפתרון מפתיע ומהנה לחידה של צבע הסטינגריי".
כריש כחול. קרדיט: ויקטוריה קמסקה
הכחול של הטבע: צבע מבני לעומת פיגמנט
צבעים מבניים מיוצרים על ידי מבנים קטנים במיוחד המבצעים מניפולציות באור, ולא כתוצר של פיגמנטים כימיים. "צבעים כחולים מעניינים במיוחד מכיוון שפיגמנטים כחולים הם נדירים ביותר, והטבע מרבה להשתמש בהם ננומטרי מבנים ליצירת כחול", אומרת ויקטוריה קמסקה, פוסט-דוקטורט החוקר מנגנוני צבע טבעיים ב-CityU. "אנחנו מתעניינים במיוחד בדגיגונים של זנב סרטים מכיוון שבניגוד לרוב צבעי המבנה האחרים, הצבע הכחול שלהם לא משתנה כשמסתכלים עליהם מזוויות שונות."
צוות המחקר שילב מגוון טכניקות כדי להבין את ארכיטקטורת העור בתנאים טבעיים שונים. "כדי להבין את הארכיטקטורה בקנה מידה עדין של העור, השתמשנו בטומוגרפיה ממוחשבת (מיקרו-CT), מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת (SEM) ומיקרוסקופ אלקטרונים העברה (TEM)", אומר ד"ר דין.
"גילינו שהצבע הכחול מיוצר על ידי תאי עור ייחודיים, עם סידור תלת-ממדי יציב של כדורים ננו-גבישים המכילים ננו-גבישים מחזירים (כמו פנינים תלויות בתה בועות)", אומר עמר סוראפניני, פוסט דוקטורט בקבוצתו של מייסון דין עד לאחרונה ועכשיו אקדמאי אורח בטריניטי קולג' דבלין. "מכיוון שגודל הננו-מבנים והמרווחים ביניהם הם כפול שימושי של אורך הגל של האור הכחול, הם נוטים לשקף אורכי גל כחולים באופן ספציפי."
מנגנונים של יציבות צבע ויישומים
מעניין לציין שהצוות גילה שהסידור הייחודי "למחצה-מסדר" של הכדורים עזר להבטיח שהצבע נשאר ללא שינוי עם זווית הצפייה. "וכדי לנקות את כל הצבעים הזרים, שכבה עבה של מלנין מתחת לתאים מייצרי הצבע סופגת את כל הצבעים האחרים, וכתוצאה מכך עור כחול בהיר במיוחד", אומר ד"ר דין. "בסופו של דבר, שני סוגי התאים הם שיתוף פעולה נהדר: תאי הצבע המבני מתחדדים לצבע הכחול, בעוד שתאי הפיגמנט המלנין מדכאים אורכי גל אחרים, וכתוצאה מכך עור כחול בהיר במיוחד."
הצוות מאמין שהצבע הכחול המרתק הזה עשוי לספק יתרונות הסוואה לדגיגונים. "במים, הכחול חודר עמוק יותר מכל צבע אחר, ועוזר לבעלי חיים להתמזג עם הסביבה שלהם", אומר ד"ר דין. "כתמי עור כחולים בהירים של דגיגונים אינם משתנים עם זווית הצפייה; לכן, ייתכן שיש להם יתרונות ספציפיים בהסוואה מכיוון שהחיה שוחה או מתמרנת במהירות עם כנפיים גליות."
היישומים למחקר זה הנבדקים כעת כוללים חומרים צבעוניים ללא פיגמנטים בהשראת ביו. "אנו רודפים אחר שיתופי פעולה עם חוקרים עמיתים לפיתוח מערכות ביומימטיות גמישות בצבע מבני בהשראת הטבע הרך של עור הדגיגון לצבעים בטוחים וללא כימיקלים בטקסטיל, צגים גמישים, מסכים וחיישנים", אומר ד"ר דין.
השלכות רחבות יותר ומחקר מתמשך
בנוסף לעבודתם על דגיגונים, ד"ר קמסקה והצוות שלה חוקרים גם את הצבע הכחול של קרניים וכרישים אחרים, כולל הכריש הכחול. "למרות שהשם 'כריש כחול' וההיבטים האקולוגיים שלו נחקרו היטב, אף אחד עדיין לא יודע כיצד נוצר הצבע הכחול על עורו", אומר ד"ר קמסקה. "תוצאות ראשוניות מוכיחות שמנגנון הצבע הזה שונה מזה של הדגיגון – אבל בדיוק כמו הדגיגון, עלינו לנסות שילובים שונים של כלי הדמיה עדינים ולטפל במגוון דיסציפלינות קשורות באופטיקה, בחומר ובמדעי הביולוגיה."
מחקר זה פורסם ב- Advanced Optical Materials שכותרתו "Ribbontail Stingray Skin משתמש במבנה זכוכית פוטוני של ליבה-מדף כדי ליצור צבע מבני כחול".
יש גם מאמר בקרוב ב- Frontiers in Cell and Developmental Biology, שכותרתו "חוטי ביניים מארגנים באופן מרחבי ננו-מבנים תוך-תאיים כדי לייצר את הכחול המבני הבהיר של דגיגונים של זנב סרט על פני אונטוגניה."
המחקר נתמך על ידי ועדת המענקים של האוניברסיטה עם קרן המחקר הכללי באוניברסיטת העיר הונג קונג.
מחקר זה הוצג בכנס השנתי של החברה לביולוגיה ניסויית בפראג.
