
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
