В саду или среди полевых трав мы часто видим переливающиеся яркими красками жучков. И если задаться целью найти в телах этих насекомых природные красители, уверяю, вы их не найдете! Так почему же мы видим яркую раскраску перьев птиц и крыльев бабочек? Всему виной дифракция Брэгга на пространственных биологического происхождения структурах.
Закон Брэгга — фундаментальный принцип в области рентгеновской кристаллографии, объясняющий явление дифракции рентгеновских лучей. Впервые он был предложен Уильямом Лоуренсом Брэггом и его отцом Уильямом Генри Брэггом в 1913 году. Закон утверждает, что когда рентгеновские лучи (и лучи других диапазонов электромагнитного излучения) падают на периодическую пространственную структуру, то начинают дифрагировать при определенных углах и расстояниях между повторяющимися плоскостями. Эту форму дифракции используют для определения структуры кристаллов и расположения атомов в пространстве. Закон Брэгга сыграл важную роль в различных научных дисциплинах, в том числе в материаловедении, химии и биологии.
Невзрачные в пасмурную погоду, но вспыхивающие радугой на открытом солнце крылья тропических бабочек, хитиновые пластинки насекомых и яркие перья экзотических птиц не содержат красителей. Здесь цвет создается за счет дифракции Брэгга на многослойных биологически воспроизведенных структурах.
Синий свет имеет диапазон длин волн от 400 до 480 нм. Чешуйки бабочки Morpho (смотри фото) имеют пространственную структуру 200 нм. Поскольку расстояние между элементами структур соответствует половине длины волны синего света, то световые волны с этой длиной, отражаются, а волны другой длины гаснут. Щели между периодическими решетками прикреплены к основанию меланина - материала, поглощающего свет, еще больше усиливая синее изображение.
Здесь изображены чешуйки крыльев бабочек, увеличенные электронным микроскопом. На фотографиях хорошо видны трехмерные дифракционные структуры.
Пространственные структуры крыла бабочки увеличенные в 11500 раз с помощью электронного микроскопа.
Элементы, образующие черную окраску поверхности крыла бабочки.
Элементы, образующие оранжевую окраску поверхности крыла бабочки (Увеличено в 26288 раз).
На фотографии пространственное строение поперечных срезов хитиновых биологических структур.
Можно сказать, что природа порой творит настоящие чудеса, в которые трудно поверить!