自然界で青色を見つけるのが難しい理由の 1 つは、青色の色素を持つ動物がいないことです。もう 1 つの理由は、植物がアントシアニンと呼ばれる赤い色素を使用して青色を生成することです。
青い鳥を見たことがありますか？それとも青いカエル？それとも青い翼の蝶でさえ？彼らは驚くほど美しいですね。しかし、考えてみれば、これらの多くに出くわすことはありません。実際、これまでの人生で、翼全体または一部が青い鳥を 2 ～ 3 羽以上見たことがない可能性は十分にあります。この背後にある理由は何だと思いますか?
ブルーモルフォ蝶。 (写真提供:Didier Descouens / ウィキメディア コモンズ)
ほとんどの色素は私たちの体内では作られません。動物は、これらの色素を作るのに役立つさまざまなものを食事で消費します。生まれつき灰色であるフラミンゴの場合、フラミンゴが消費する食事はアオコとブラインシュリンプで構成されており、ピンク色になるのに役立ちます。甲殻類には、鳥が使用するカロテノイドと呼ばれる色素があります。しかし、青色にはそのような効果は見られません。では、鳥や蝶はどのようにして青色になるのでしょうか。その理由はおそらくあなたの心を「ブルー」にするでしょう!
これらの神秘的なブルースの説明は?
鳥の場合、原理的なメカニズムは 1 つではありません。さまざまな鳥は、微視的なビーズの設計から均一な結晶構造の維持まで、さまざまなメカニズムに従います。アオカケスの羽はビーズのデザインで構成されていますが、これは本質的に非常に乱雑です。これらのビーズは、青い光だけが逃げることができるように光を散乱させますが、クジャクの羽には、干渉を引き起こす微細なラメラがあります。また、青い目をしている場合、その青も色素ではなく構造に基づいています!
アオカケスの羽と孔雀の羽 (写真提供者:Thomas Bresson / Wikimedia Commons &Flickr)
仕組み
蝶がどのようにそれを行うかを見る前に、物理学を少し理解する必要があります。さて、この青色の外観は、鱗の微細構造と光の干渉と呼ばれる概念によるものです。
光の干渉は、2 つの光線が衝突するときに発生します。これにより、より高い強度の光線が発生するか (建設的干渉 CI)、またはまったく光が発生しません (破壊的干渉 DI)。光は基本的に波であり、山と谷があります。 2 つの光線が衝突し、山または谷が互いに重なり合うと、CI が発生し、波は「同相」であると言われます。ただし、山が谷と重なる場合、DI が発生し、波は「位相がずれている」と言われます。
したがって、スケールの構造を拡大すると、互いに平行な隆起状の構造を観察できます。光が尾根とその枝に当たると、光の一部は最上層で反射し、残りは枝に入ります。ブランチを通過する光の一部は、同じブランチの最下層で反射されます。これにより、波長と強度が等しい 2 つの光線が得られます。ほとんどの色では、反射光線は「位相がずれている」ため、これらの色は見えません。ただし、青色の場合、尾根で反射する 2 つの光線は完全に「同相」であり、互いに相殺されず、青色を見ることができます。通過する光線も正しい角度で曲がるため、青色が発生します。
尾根の表現とその機能 (Blue Morpho Butterfly)
青い色素を生成することが知られている唯一の蝶は、「Olivewing」蝶と呼ばれます。これまで、このユニークな生き物や、どのように色素を生成するかについてはほとんど知られていませんでした (フロリダ国立歴史博物館)。
彼らは青い色を失うことができますか?
翼の屈折率を変更するとどうなるでしょうか。それは光線を「位相がずれて」しまいませんか？そうなると、青色が見えなくなります。問題は、屈折率をどのように変更できるかということです。尾根のスペースを空気の代わりに他の材料で埋めるだけです！光をさまざまな角度で曲げるため、すべての素材には独自の屈折率があります。つまり、水でさえ角度を変えることができます。だとすると、この蝶々は雨が降るとすぐに色を失ってしまいますよね？答えはノーだ"。進化のおかげで、翼は自然に水に強い素材で作られています！羽毛は疎水性コーティングで覆われており、乾いた状態を保ちます。
植物はどうですか?
色素としての青色の欠如は、植物の世界でも見られます.植物はアントシアニンと呼ばれる赤い色素を使って青い色をしています。はい、あなたはそれを正しく読みました。植物はアントシアニンを他の色素や分子と混ぜ合わせて微調整し、青色を生成します。時には、pH シフトを使用して色を変更することもあります。科学者たちは、他の開花植物でそれを複製するために、プロセスの背後にある遺伝学を理解しようとしています.
ブルーベルと青いプラムバゴの花 (写真提供者:Pixabay &Pxhere)
進化論は、すべての生物の青色色素を生成するプロセスを開発することはできませんでしたが、少なくともその効果を再現する方法を提供しました.生物学的な問題は、単純な物理学によって処理されました!青色の色素を作ることができる動物に出くわすか、科学者が植物の遺伝学のメカニズムを解き明かし、青色の色素を簡単に作ることができるかどうかを待つ必要があります!
