Многие хамелеоны обладают замечательной способностью проявлять сложные и быстрые изменения цвета во время социальных взаимодействий. Сотрудничество ученых из отделений биологии и физики факультета естественных наук Женевского университета (UNIGE), Швейцария, раскрывает механизмы, регулирующие это явление.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда под руководством профессоров Мишеля Милинковича и Дирка ван дер Мареля демонстрирует, что изменения происходят через активную настройку решетки нанокристаллов, присутствующих в поверхностном слое дермальных клеток, называемых иридофорами. Исследователи также обнаружили существование более глубокой популяции иридофоров с более крупными и менее упорядоченными кристаллами, которые отражают инфракрасный свет. Организация иридофоров в два наложенных друг на друга слоя представляет собой эволюционную новинку и позволяет хамелеонам быстро переключаться между эффективным камуфляжем и эффектным изображением, обеспечивая при этом пассивную тепловую защиту.
Хамелеоны-самцы популярны благодаря своей способности менять красочные украшения в зависимости от своего поведения. Если механизмы, ответственные за преобразование в более темную кожу, известны, то механизмы, регулирующие переход от живого цвета к другому яркому оттенку, остаются загадочными. Некоторые виды, такие как пантера-хамелеон, способны произвести такое изменение в течение одной или двух минут, чтобы ухаживать за самкой или столкнуться с конкурирующим самцом.
Синий, структурный цвет хамелеона.
Помимо коричневого, красного и желтого пигментов, хамелеоны и другие рептилии обладают так называемыми структурными цветами. «Эти цвета создаются без пигментов, благодаря физическому явлению оптической интерференции. Они являются результатом взаимодействия между определенными длинами волн и наноскопическими структурами, такими как крошечные кристаллы, присутствующие в коже рептилий», - говорит Мишель Милинкович, профессор кафедры генетики. и эволюция в UNIGE. Эти нанокристаллы расположены слоями, которые чередуются с цитоплазмой, внутри клеток, называемых иридофорами. Образованная таким образом структура позволяет избирательно отражать волны определенных длин, что способствует ярким цветам многих рептилий.
Чтобы определить, как происходит переход от одного яркого цвета к другому у пантер-хамелеона, исследователи из двух лабораторий UNIGE работали об руку, объединив свои знания в квантовой физике, так и в эволюционной биологии. «Мы представим, что животное меняет свой цвет посредством активной решетки нанокристаллов. Когда хамелеон спокоен, последние организуются в плотную сеть и отражают синие волнения. Напротив, при возбуждении он ослабляет свою решетку из нанокристаллы, которые позволяют отражать другие цвета, такие как желтый или красный », - объясняют физик Жереми Тейсье и биолог Сюзанна Саенко, соавторы статьи. Это представляет собой уникальный пример самоорганизованной внутриклеточной оптической системы, управляемой хамелеоном.
Кристаллы как тепловой экран:
Ученые также продемонстрировали существование второго более глубокого слоя иридофоров. «Эти ячейки, которые содержат более крупные и менее упорядоченные кристаллы, отражают значительную часть инфракрасных волн», - утверждает Мишель Милинкович. Это обеспечивает отличную защиту от теплового воздействия сильного солнечного излучения в регионах с низкими широтами.
Организация иридофоров в виде двух наложенных друг на друга слоев представляет собой эволюционную новинку: она позволяет хамелеонам быстро переключаться между эффективным камуфляжем и эффектным изображением, обеспечивая при этом пассивную тепловую защиту.
В своих будущих исследованиях ученые изучат механизмы, объясняющие развитие упорядоченной решетки нанокристаллов внутри иридофоров, а также молекулярные и клеточные механизмы, которые позволяют хамелеонам управлять геометрией этой решетки.