Группа ученых под руководством профессоров Майкла Милинковича (Michel Milinkovitch) и Дирка ван дер Марела (Dirk van der Marel) из университета Женевы (University of Geneva (UNIGE) изучала механизмы, позволяющие хамелеону менять свой цвет. Оказалось, что изменения цвета происходят путем активной перестройки пространственной структуры нанокристаллов, присутствующих в клетках, называемых иридофорами, присутствующих в поверхностном слое клеток кожи. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
Исследователи обнаружили существование еще одной, более глубоко расположенной, популяции иридофоров с большими и менее упорядоченными кристаллами, которые отражают инфракрасное излучение. Организация иридофоров в два уровня, расположенных один над другим, представляет собой «изобретение» эволюции, позволяющее хамелеонам быстро переключаться от эффективной маскировки к впечатляющим демонстрациям при сохранении пассивной тепловой защиты.
Способность быстро менять свой яркий наряд делает самцов-хамелеонов более конкурентоспособными в глазах самок. Некоторые виды, например, обитающие на Мадагаскаре пантерные хамелеоны (Furcifer pardalis), способны буквально за одну-две минуты менять свой облик — от героя-любовника до атакующего соперника. Если механизмы, ответственные за переход к более темной окраске кожи, нам более-менее известны, то вот отвечающие за окрашивание в яркие и живые цвета пока остаются загадкой.
Помимо коричневого, красного и желтого пигмента, хамелеоны и другие рептилии демонстрируют так называемые структуральные цвета. «Эти цвета генерируются без пигментов, путем оптической интерференции. Они являются результатом взаимодействий между определенными длинами световых волн и наноскопическими структурами, такими, как мельчайшие кристаллы, присутствующие в коже рептилий» — сказал Майкл Милинкович, профессор департамента генетики и эволюции UNIGE. Эти нанокристаллы организованы в слои, чередующиеся с цитоплазмой внутри клеток-иридофоров. Таким образом формируется структура, позволяющая избирательно отражать свет определенных длин волн, обеспечивающая яркие цвета окраски у многих рептилий.
Чтобы определить, как у хамелеонов осуществляется переход от одного яркого цвета к другому, исследователи из двух лабораторий UNIGE работали рука об руку, комбинируя методы квантовой физики и эволюционной биологии. «Мы обнаружили, что животное меняет свои цвета путем активной перестройки пространственной структуры нанокристаллов. Когда хамелеон спокоен, эта структура представляет собой плотную сеть, отражающую свет голубой части спектра. И наоборот, когда животное возбуждено, эта плотная сеть исчезает, что позволяет видеть другие цвета, скажем, желтый и красный», — объяснили физик Джереми Тессье (Jérémie Teyssier) и биолог Сюзанна Саенко (Suzanne Saenko), соавторы статьи. Это представляет собой уникальный пример самоорганизации межклеточной оптической системы, контролируемый хамелеоном.
Ученые продемонстрировали также существование более глубокого слоя иридофоров. «Эти клетки, которые содержат более крупные и менее упорядоченные кристаллы, отражают значительную долю инфракрасного излучения», — сказал Майкл Милинкович. Это создает прекрасную защиту от термальных эффектов высокого уровня солнечной радиации в тропиках. Это сложнейшее совершенное многофункциональное изобретение эволюции. В своих будущих исследованиях ученые планируют выяснить механизм того, как происходит упорядочение наноструктур в иридофорах — как на клеточном, так и на молекулярном уровне, а также того, как именно хамелеон контролирует эти процессы.
