Modrá farba žralokov nevzniká chemicky, ale vďaka štruktúram v ich koži. Vedci veria, že práve táto štrukturálna farba môže ovplyvniť budúcnosť materiálov.

Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: FionaAyerst
Modré žraloky sa trblietajú jednou z najvzácnejších farieb v prírode, ale ich farba nie je len na parádu – je tvorená mikroskopickými kryštálmi a pigmentmi ukrytými v ich koži. Vedci zistili, že v šupinách žraloka, ktoré pripomínajú zuby, sa nachádzajú guanínové doštičky a melanínové vezikuly, ktoré spoločne vytvárajú živý modrý odtieň.
Tieto nanoštruktúry sa môžu navyše v skutočnosti meniť v závislosti od podmienok prostredia, ako je tlak vody, čo žralokom potenciálne umožňuje jemne meniť farbu pri pohybe v oceáne.
Farebná záhada pod vlnami
Nová štúdia o modrom žralokovi (Prionace glauca) odhalila v jeho koži zložitú nanoštruktúru, ktorá nielen vytvára charakteristický modrý odtieň žraloka, ale môže mu tiež umožniť jemné zmeny farby.
„Modrá je v živočíšnej ríši jednou z najvzácnejších farieb a zvieratá si počas evolúcie vyvinuli množstvo jedinečných stratégií na jej vytvorenie, vďaka čomu sú tieto procesy obzvlášť fascinujúce,“ hovorí Dr. Viktoriia Kamska, postdoktorandská výskumníčka v laboratóriu profesora Masona Deana Mestskej univerzity v Hongkongu.
Mikroskopický zdroj žraločej modrej
Výskumníci zistili, že živý modrý vzhľad pochádza zo štruktúr nachádzajúcich sa vnútri dreňových dutín kožných dentikul – drobných šupín podobných zubom, ktoré tvoria na koži žraloka ochrannú vrstvu. Tieto dutiny obsahujú guanínové kryštály, ktoré odrážajú modré svetlo, a melanínom naplnené vezikuly, nazývané melanozómy, ktoré absorbujú iné vlnové dĺžky.
„Tieto zložky sú zabalené do samostatných buniek, ktoré pripomínajú vrecká naplnené zrkadlami a vrecká s čiernymi absorbérmi, ale sú v úzkom spojení, aby spolupracovali,“ vysvetľuje Dr. Kamska. Výsledkom je, že pigment (melanín) spolupracuje so štruktúrovaným materiálom (guanínovými doštičkami so špecifickou hrúbkou a špecifickým rozostupom) na zvýšení sýtosti farieb.
Viac než len pekné farby
„Keď tieto materiály skombinujete, vytvoríte tiež silnú schopnosť produkovať a meniť farbu,“ hovorí profesor Dean. „Fascinujúce je, že môžeme pozorovať drobné zmeny v bunkách obsahujúcich kryštály a vidieť a modelovať, ako ovplyvňujú farbu celého organizmu.“
Tento anatomický prielom bol umožnený vďaka kombinácii jemnorozmernej disekcie, optickej mikroskopie, elektrónovej mikroskopie, spektroskopie a súboru ďalších zobrazovacích techník na charakterizáciu formy, funkcie a architektonického usporiadania nanoštruktúr produkujúcich farbu.

Modrý žralok. Zdroj: iStock/Velvetfish
Simulácie potvrdili teóriu
Identifikácia pravdepodobných nanorozmerných elementov tvoriacich modrú farbu žraloka bola len časťou rovnice. Dr. Kamska a jej spolupracovníci tiež použili výpočtové simulácie na potvrdenie toho, ktoré architektonické parametre týchto nanoštruktúr sú zodpovedné za vytváranie špecifických vlnových dĺžok pozorovaného spektrálneho vzhľadu.
„Je náročné manuálne pracovať so štruktúrami v takom malom meradle, takže tieto simulácie sú neuveriteľne užitočné na pochopenie toho, aká farebná paleta je k dispozícii,“ hovorí Dr. Kamska.
Prostredie ako farebný ciferník
Výskum tiež odhalil, že charakteristická farba žraloka je potenciálne premenlivá prostredníctvom drobných zmien v relatívnych vzdialenostiach medzi vrstvami guanínových kryštálov v dutinách šupín. Zatiaľ čo užšie medzery medzi vrstvami vytvárajú ikonické modré odtiene, zväčšovanie tejto medzery posúva farbu do zelených a zlatých.
Dr. Kamska a jej tím preukázali, že tento štrukturálny mechanizmus zmeny farby by mohol byť riadený faktormi prostredia, ktoré ovplyvňujú rozostupy guanínových doštičiek. „Týmto spôsobom by mohli veľmi jemné zmeny vyplývajúce z niečoho takého jednoduchého, ako sú zmeny vlhkosti alebo tlaku vody, zmeniť farbu tela, čo potom formuje spôsob, akým sa zviera maskuje alebo vytvára protitieň vo svojom prirodzenom prostredí,“ hovorí profesor Dean.
Napríklad čím hlbšie žralok pláva, tým väčšiemu tlaku je vystavená jeho koža a tým pevnejšie by sa guanínové kryštály pravdepodobne stlačili k sebe, čo by malo stmaviť farbu žraloka, aby lepšie vyhovovala jeho prostrediu. „Ďalším krokom je zistiť, ako tento mechanizmus skutočne funguje v prípade žralokov žijúcich v ich prirodzenom prostredí,“ dodala Dr. Kamska.
Prielom v bioinšpirovanom dizajne
Hoci tento výskum poskytuje dôležité nové poznatky o anatómii a evolúcii žralokov, má tiež silný potenciál pre bioinšpirované inžinierske aplikácie.
Tento objav by mohol mať vplyv na zlepšenie environmentálnej udržateľnosti v rámci výrobného priemyslu. „Hlavnou výhodou štrukturálneho sfarbenia oproti chemickému sfarbeniu je zníženie toxicity materiálov a znečistenia životného prostredia,“ hovorí Dr. Kamska. „Štrukturálne sfarbenie je nástroj, ktorý by mohol veľmi pomôcť najmä v morskom prostredí, kde by bola užitočná dynamická modrá kamufláž.“
Žraloky: samostatné evolučné spektrum
„S tým, ako sa nástroje nanofabrikácie zlepšujú, sa vytvára priestor na štúdium toho, ako vedú štruktúry k novým funkciám,“ hovorí profesor Dean. „Vieme veľa o tom, ako vytvárajú iné ryby farby, ale žraloky a raje sa od ostatných rýb oddelili pred stovkami miliónov rokov, takže to predstavuje úplne inú evolučnú cestu tvorby farieb.“
Zdroj: Sci Tech Daily, Discover Magazine
(LDS)