Ученые объяснили редкость зеленых птиц

Ученые из Университета Шеффилда в Великобритании показали, что цвет перьев у птиц определяется в нанопорами в составе кератина, имеющими разный размер и форму для разных цветов. Результаты исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, объясняют редкость зеленых птиц в природе: зеленый цвет очень трудно обеспечить с помощью наноструктуры кератина.

Исследование было выполнено на примере обыкновенной сойки (Garrulus glandarius), которая имеет яркую окраску, сочетающую синий, черный, белый, рыжий цвета и их оттенки. Ученые проанализировали покровные перья сойки, образующие синее «зеркальце» на ее крыле. Каждое из этих перьев имеет полоски, переходящие от черного через синий и голубой к белому цвету. При этом цвет меняется не только вдоль одного пера, но и вдоль одной бородки (элемента, отходящего от стержня) пера — что у человека было бы аналогично разным цветам вдоль одного волоса.

Авторы проанализировали покровные перья с помощью оптической, электронной и скарирующей микроскопии и малоуглового рентгеновского рассеяния (small angle X-ray scattering, SAXS), которое позволяет определять форму, размер и распределение наноструктур.

Как показал анализ, такая вариативность цвета возможна благодаря наноструктуре кератина — белка, из которого состоит перо (так же как и волосы и ногти человека). Цвет, который мы видим отраженным от пера, определяется размером, формой и распределением наноразмерных пор в губчатой структуре кератина. Именно эти поры определяют, каким образом рассеивается свет, падающий на перо — а следовательно, какой цвет мы видим отраженным от пера.

Каждому цвету пера, как показало исследование, соответствует определенный размер и структура пор. Более крупые поры, отражая широкий диапазон световых волн, дают белый цвет, в то время как более мелкие поры отражают только часть волн спектра, давая голубой или синий цвета. Сочетание таких наноструктур с пигментами — желтыми и оранжевыми каротиноидами и темными меланинами — обеспечивает дополнительный диапазон цветов. Единственный цвет, для которого анализ не показал какой-либо определенной структуры кератина — черный. Этот цвет пера обеспечивается за счет обычного меланина, который поглощает большую часть спектра.

Участки с различной наноструктурой, как продемонстрировали авторы, образуются в процессе развития пера за счет спинодального расслоения (распада) кератина на различные фазы: водорастворимую и водонерастворимую. В ходе этого расслоения и формируются поры. Тонкая настройка цвета, который в итоге будет отражаться от данного участка, происходит благодаря контролю продолжительности этого фазового расслоения — то есть определяется моментом, в который кератиновая сеть перестает расслаиваться и вся подвижность в ней блокируется.

Тот факт, что цвет птичьих перьев определяется в основном структурой кератина, а не пигментами, объясняет также то, почему птицы не теряют яркость оперения с возрастом. Причина поседения волос у млекопитающих, включая человека, — в том, что в какой-то момент в волосяных луковицах перестает синтезироваться меланин. У птиц цвет перьев определяется не только и не столько пигментами, а наноструктуры кератина остаются неизменными в течение всей их жизни.

Полученные данные также объясняют, почему зеленый цвет, который, казалось бы, должен быть самым лучшим маскировочным цветом, так редко встречается у животных. Причина в том, что настоящий зеленый цвет определяется узким диапазоном волн, который находится в спектре между голубым и желтым цветами, и поэтому его очень сложно воссоздать с помощью структурных элементов кератина. В тех случаях, когда животные все же используют зеленый цвет в своей окраске, он образуется за счет сочетания структурного синего цвета с желтым пигментом, который поглощает часть синих волн. Исключение составляют африканские птицы турако, перья которых содержат уникальный зеленый пигмент тураковердин.

Софья Долотовская