ЗАГАДКА СИНЕГО ЦВЕТА В ПРИРОДЕ. ПОЧЕМУ СИНИЙ ЦВЕТ САМЫЙ РЕДКИЙ

THE MYSTERY OF BLUE COLOR IN NATURE. WHY BLUE COLORIS THE RAREST

Arina Rusina

student, Faculty of Arts and Design, Grodno State University named after Yanka Kupala,

Republic of Belarus, Grodno

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются основные понятия пигмент и интерференци. Проведено изучение структуры пигмента крыльев бабочек, появления пигмента у животных через пищу и выяснение причины редкости синего цвета в природе.

ABSTRACT

The article examines the basic concepts of pigment and interference. It studies the structure of butterfly wing pigment, the appearance of pigment in animals through food, and explains the reason for the rarity of blue in nature.

Ключевые слова: пигмент, синий цвет, интерференция.

Keywords: pigment, blue color, interference.

Замечали ли вы, что на Земле очень мало синих животных? Нет синих кошек или синих слонов, жирафов или тигров. И ведь даже голубые киты - не синие, а бледно-синие, почти серые. А что, если я вам скажу, что большинство синих оттенков в живом мире на самом деле не синие? Сейчас мы попытаемся понять: почему у большинства животных, птиц и даже человека нет настоящего синего цвета; как окраска может меняться в зависимости от того, что ты ешь; почему синие бабочки так привлекают ученых; и почему синий цвет, так редок в животном мире.

Для начала следует разобраться, что такое пигмент. Пигмент – окрашенное вещество, входящее в состав тканей организмов. Цвет пигмента определяется наличием в его молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра солнечного света. Биологические пигменты играют важную роль в жизнедеятельности живых существ [1]. Также в книге Кайа и Купфершмидта "Синий: В поисках редчайшего цвета природы" разбирается этот парадокс. Ответ кроется в химии и физике того, как создаются цвета и как мы их сами видим. Мы способны видеть цвета, потому что каждый наш глаз содержит от 6 до 7 миллионов светочувствительных клеток, называемых колбочками. В глазу человека с нормальным зрением есть три различных типа колбочек. И каждый тип колбочек чувствителен к определенной длине волны света: красной, зеленой или синей. Информация от миллионов колбочек поступает в наш мозг в виде электрических сигналов, которые передают все типы света, отраженного от того, что мы видим, и затем интерпретируются как различные оттенки цвета. Когда мы смотрим на цветной объект, такой как сверкающий сапфир или яркий цветок гортензии, объект поглощает часть белого света. И отражает определенные цвета, которые мы и воспринимаем [5].

Синий цвет у животных же возникает не из-за синих пигментов, а комплексным эффектом. Из всех известных насекомых именно бабочки демонстрируют самые яркие детализированные узоры и цвета. Например, бабочки из рода Morpho имеют сложные многослойные наноструктуры на чешуйках своих крыльев. Если посмотреть на синее крыло через микроскоп, то можно заметить небольшие текстурные выступы. А если еще приблизить, то эти выступы будут очень похожи на ёлочки и это именно то, что придаёт крыльям синий цвет. Когда свет падает на эти наноструктуры происходит явление, которое называется интерференция. Некоторая часть световых лучей отражается от верхнего слоя наноструктур, а часть проникает дальше и отражается от нижнего слоя. Для большинства цветов видимого спектра (красного, оранжевого, жёлтого и т.д.), отражённые от верхнего и нижнего слоя, волны оказываются не в фазе, то есть они не совпадают. Из-за этого цвета взаимно гасят друг друга при интерференции. Однако, для синего цвета, длина волны такова, что отражённые волны оказываются в фазе. Они не гасят, а усиливают друг друга в результате конструктивной интерференции. Поэтому синий цвет значительно усиливается, в то время как другие цвета, наоборот, подавляются. Данная структура действует как своеобразный оптический резонатор, который пропускает только синий цвет. Более того, в основании этих чешуек ещё есть и пигмент, который полностью поглощает красный и зелёный для получения так называемого более чистого синего оттенка. Именно таким сложным образом возникает красивый переливающийся синий цвет. Всё это из-за микроскопической структуры крыла бабочек и того как изгибается свет переходя из воздуха в другую среду [2].

Однако, в природе есть голубые сойки, у них также нет синего пигмента, но их структура немного легче чем у бабочек. Например, если посмотреть на перо через солнечный свет, то синий цвет просто исчезнет. Вместо микроскопических ёлочек у этих перьев микроскопические шарики, которые также поглощают любой свет кроме синего. Эта структура более беспорядочная чем крылья бабочек, поэтому на солнечном свету он исчезает. И именно поэтому синий цвет на этих перьях не меняется и не переливается, а имеет довольно тусклый синий оттенок. Намного лучшая ситуация смотрится в перьях павлинов. Их структура более упорядочена чем у голубых соек. Поэтому мы можем заметить как цвет переливается и имеет более яркий синий оттенок. И самое удивительное, что даже наши с вами голубые глаза окрашены не пигментом, а таким же механизмом интерференции [3].

Если говорить кратко, то окраска животных - это результат эволюционных процессов, например, защита от хищников, привлечение партнёров для спаривания и других адаптивных функций, и самое удивительное то, что все животные, от птиц и рептилий до нас с вами, не создают такие цвета из ниоткуда. Зачастую такой цвет получается из компонентов пищи, которые входят в рацион животного. В пример можно поставить фламинго, изначально они все рождаются белыми или серыми. Главным источником питания для этих птиц являются мелкие водные организмы, такие как креветки, моллюски и водные растения. Но самым важным компонентом питания фламинго являются специальные пигменты, содержащиеся в этих организмах. Одним из таких пигментов является каротиноид, который придаёт перьям фламинго их характерный розовый цвет. Когда фламинго питается пищей, богатой каротиноидами, он усваивает эти пигменты, которые затем окрашивают перья. Таким образом, розовый цвет фламинго является результатом питания, и чем больше фламинго потребляют каротиноиды, тем ярче и насыщеннее становятся [4].

Однако, почему синий пигмент настолько редок в природе? Одна из наиболее распространённых теорий связана с эволюционным процессом. Предполагается, что на определённом этапе эволюции животные приобрели способность воспринимать синий цвет и, скорее всего, это было ещё до динозавров, так как с очень большой вероятностью динозавры видели очень много спектров цветов, даже больше чем человек. Однако биосинтез пигментов синего цвета потребовал сильных изменений на молекулярном уровне. Для эволюции намного легче было изменить структуру покровных тканей за счёт оптических эффектов таких как интерференция или дифракция. И это позволило организмам получить необходимый синий цвет, используя лишь физические принципы, а не сложности биомеханического синтеза синего пигмента. То есть, эволюция просто предпочла более лёгкий инженерный подход, основанный на изменении структуры поверхности для получения синей окраски.

Изучение таких структурных окрасок очень важно с точки зрения фундаментальной науки и эстетической привлекательности. Яркие переливающиеся оттенки показывают удивительные оптические эффекты, возникающие в живой природе. Исследования в этой области способствуют пониманию физических принципов лежащих в основе структурных окрасок и открывающих возможности для разработки новых материалов технологии. Кроме того, изучение механизмов формирования у порядочных структур в биологических системах может иметь значение для развития биомеханических подходов в инженерии, физике химие и биологии, способствуя расширению наших знаний о природе и развитию инновационных технологий.

Список литературы:

1. Биологические пигменты [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BF%D0%B8%D0%B3%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8B (дата обращения: 14.05.2025);
2. Количественная оценка интерференции и дифракции в отдельных чешуйках бабочки Морфо [Электронный ресурс]. –  Режим доступа: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.1999.0794 (дата обращения: 13.05.2025);
3. О синей окраске позвоночных [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17250544/ (дата обращения: 14.05.2025);
4. Почему фламинго розовые, где они живут и другие интересные факты о необычных птицах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.nur.kz/family/school/2156307-pochemu-flamingo-rozovye-gde-oni-zhivut-i-drugie-interesnye-fakty-o-neobychnyh-pticah/ (дата обращения: 14.05.2025);
5. Почему синий цвет так редко встречается в природе? [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.gismeteo.ru/news/nature/pochemu-sinij-cvet-tak-redko-vstrechaetsya-v-prirode/ (дата обращения: 13.05.2025);