Щоб змінити колір, хамелеон змінює світловідбивні характеристики власної шкіри.
Здатність хамелеонів змінювати колір увійшла в приказку. Вони використовують її не тільки для того, щоб замаскуватися від хижаків - колірна мова служить їм для спілкування один з одним. Коли самець пантерового хамелеону (Furcifer pardalis) бачить, що хтось зазіхає на його територію, він із зеленого і непомітного стає жовто-помаранчевим, червоні плями на його шкірі робляться яскравіше, а сині блідніють. Мінливі кольори повинні сказати потенційному противнику, що його помітили і що йому краще видалитися. Такі різкі зміни відбуваються надзвичайно швидко, буквально за хвилину-іншу. Як хамелеони це роблять?
Одне з очевидних рішень - маніпуляція з різними пігментами, подібно до того, як чинять художники, змішуючи на палітрі зелений з червоним, червоний з синім тощо. Пігменти вибірково поглинають частину видимого сонячного спектру і відображають іншу. Є й інший спосіб створення забарвлення, за допомогою так званих структурних кольорів, коли одна і та ж речовина може бути пофарбована по-різному, залежно від ступеня її конденсації, способу упаковки, повороту відносно падаючого променя світла та інших подібних параметрів. Один з варіантів структурного забарвлення заснований на використанні хемохромів, які створюють забарвлення шляхом відображення хвиль певної довжини, шляхом інтерференції і шляхом розсіювання. Саме хемохроми забезпечують комахам і птахам характерні райдужні кольори.
Хамелеоньє вміння змінювати забарвлення забезпечується якраз структурною природою барвника, правда, на відміну від птахів і комах, хамелеони його структуру активно змінюють. Дослідники з Женевського університету зняли зміну забарвлення рептилій за допомогою високошвидкісної камери і переконалися, що зміна кольору супроводжується саме зрушенням у довжинах відображених світлових хвиль (від синього до зеленого і помаранчевого). А це якраз говорить про «структурні зміни», ніж про чергування різних барвників-пігментів.
У шкірі хамелеонів є два шари клітин, званих іридофорами: над шаром D-іридофорів знаходиться шар S-іридофорів. У тих і в інших містяться нанокристали азотистої основи гуаніну, які служать, якщо можна так сказати, джерелом кольору: маніпулюючи кристалами гуаніну, рептилія змінює відбиваючі властивості клітин. За допомогою електронного мікроскопа вдалося роздивитися внутрішній пристрій верхніх S-іридофорів. Коли хамелеон перебуває в спокійному стані, нанокристали в них розташовані тісніше один до одного, і в фарбуванні переважають синій і зелений кольори. У момент збудження відстань між кристалами гуаніну збільшується приблизно на 30%, і іридофори стають світло-жовтими.
Те, що саме взаємне розташування нанокристалів визначає забарвлення клітин, стало очевидно з простого досвіду: іридофори занурювали у високосоляний розчин, що змушував клітини віддавати воду і з'їжуватися. Оскільки S-іридофори ставали менше, то і частинки гуаніну в них зближувалися один з одним, і в результаті забарвлення «підсолених» клітин з жовтуватої робилася зеленою і синьою.
Що ж до D-іридофорів, то їх гуанінові кристали крупніше, знаходяться в більшому безладі і своє розташування не змінюють. Їхня роль - не пропускати інфрачервоні хвилі: кристали D-іридофорів відображають 45% випромінювання інфрачервоного діапазону. Швидше за все, D-шар клітин потрібен для захисту рептилій від перегріву - очевидно, саме завдяки йому хамелеони можуть залишатися на сонці набагато довше інших ящірок. Хоча, звичайно, D-іридофори клітини вносять свій внесок і в колірний спектр.
Результати експериментів опубліковані в Nature Communications. Варто, однак, зауважити, що їх ще необхідно підтвердити «живцем» - тобто переконатися, що хамелеони дійсно керують своїм кольором, змінюючи відстань між кристалами гуаніну в клітинах шкіри. Зміна забарвлення відбувається досить швидко, так що, мабуть, клітини шкіри підпорядковуються безпосередньо нейронним імпульсам, хоча не можна виключати і довготривалий вплив гормонів. Також поки невідомо, чи багато хамелеонів використовують такий механізм перефарбування - автори дослідження працювали тільки з вищезгаданим F. pardalis (хоча відомо, що, принаймні, D-іридофори є у різних видів).
Але ось хто точно схожий на пантерового хамелеона, так це кальмари. Торік було опубліковано відразу кілька робіт, автори яких обговорювали здатність головоногих молюсків змінювати забарвлення: виявилося, що і тут задіяні структурні кольори. У кальмарів у шкірі є спеціальні клітини з безліч мембранних впинань і складок, які утворюють щось на зразок фотонного кристала з можливістю тонкого налаштування. У складках містяться світловідбиваючі білки, і колірні зміни відбуваються завдяки хімічним модифікаціям білкових молекул і перебудовам мембранних складок. Сам принцип тут такий же, як у хамелеонів, хоча, нагадаємо, у рептилій світло відбивається не від білків, а від гуанінових кристалів.
Підготовлено за матеріалами The Scientist.