Расшифровка дизайнерских цветов бабочек: открытие может вдохновить создание новых материалов, меняющих оттенок

Физики выяснили, как тонкие различия в крошечных кристаллах крыльев бабочек создают потрясающе разнообразные цветовые узоры даже среди близкородственных видов. Открытие, опубликованное в журнале Optical Materials Express, может привести к созданию новых покрытий для искусственных материалов, способных менять цвет по замыслу.

Исследователи из Гонконгского баптистского университета впервые изучили механизмы создания цвета у нескольких видов бабочек в пределах одного рода. Были изучены три тропические бабочки, демонстрирующие иридесценцию (свойство материалов менять цвет в зависимости от угла обзора), но разными цветами:

• Papilio ulysses (парусник Улисс) — голубовато-зелёный сверху.
• Papilio peranthus — желтовато-зелёный сверху.
• Papilio blumei (зелёный парусник) — тёмно-зелёный сверху.

Все три вида при резком угле обзора смещаются к тёмно-синему цвету.

Структура крыла

Под сканирующим электронным микроскопом учёные обнаружили, что крылья имеют специализированную архитектуру, где твёрдые плоские слои кутикулы чередуются с тонкими «воздушными» слоями (ламинами). Ламины не полностью пустые — они содержат столбики из материала кутикулы, что придаёт крылу повторяющуюся кристаллоподобную структуру, аналогичную отражателю Брэгга (многослойное зеркало, отражающее только определённые длины волн света).

Причина различий в цвете

С помощью угло-разрешённой отражательной спектроскопии было установлено, что различные цвета крыльев трёх видов возникают из-за небольших различий в параметрах кристалла:

• P. ulysses имеет 7 слоёв кутикулы, а P. peranthus — 8.
• Толщины слоёв кутикулы и воздушных прослоек также различаются между видами.

Эти незначительные различия оказывают большое влияние на внешний вид бабочек.

Перспективы применения

Полученные знания могут привести к созданию «дизайнерских» материалов, не требующих окраски в один конкретный цвет. Один и тот же предмет одежды, например, мог бы отражать сдержанный цвет днём и более яркий — ночью, за счёт «настройки» структуры материала.

В дальнейшем команда планирует изучить механизмы генерации цвета в других структурах насекомых, например, металлический эффект, создаваемый иридесцентными панцирями жуков.