Το χρώμα στη φύση: το αληθινό μπλε Understand article

Έχετε δει ποτέ μπλε αγελάδα; Ένα μπλε μήλο ή ένα μπλε δέντρο; Το μπλε χρώμα είναι σπάνιο στη φύση. Τότε γιατί ορισμένα φυτά και ζώα είναι μπλε;

Πώς προκύπτουν τα χρώματα; Το ορατό φάσμα του ηλιακού φωτός περιέχει όλα τα χρώματα, καθώς και μήκη κύματος που είναι αόρατα στον άνθρωπο. Οι έγχρωμες ουσίες απορροφούν συγκεκριμένα μήκη κύματος και αντανακλούν άλλα. Τα μάτια μας αντιλαμβάνονται ως μπλε ένα αντικείμενο όταν το ανακλώμενο φως έχει μήκος κύματος μεταξύ περίπου 450 και 495 nm.^[1]

Οι οργανισμοί έχουν συνήθως τα χρώματα που έχουν επειδή τους προσδίδουν κάποιο εξελικτικό πλεονέκτημα. Γιατί επομένως το μπλε είναι σχετικά σπάνιο στη φύση; Είναι εξελικτικά μειονεκτικό; Και τότε γιατί ορισμένα φυτά και ζώα παρουσιάζουν μπλε αποχρώσεις; Πρόκειται για κάποιο λάθος;

Για να απαντήσουμε αυτά τα ερωτήματα, πρέπει να καταφύγουμε στη χημεία και συγκεκριμένα στον κόσμο των φυσικών χρωστικών!

Μπλε στον φυσικό κόσμο: άνθη και φυτά

Υπάρχουν περισσότερα από 280.000 γνωστά είδη ανθοφόρων φυτών και από αυτά, λιγότερα από το 10% δημιουργεί μπλε άνθη.^[2,3]

Στα άνθη, το μπλε χρώμα προέρχεται από μόρια που απορροφούν το κόκκινο μέρος του ορατού φάσματος. Αυτές οι χρωστικές ονομάζονται ανθοκυανίνες, όρος που προέρχεται από την ελληνική φράση «μπλε λουλούδι» (άνθος=λουλούδι και κυανός=σκούρο μπλε).

Οι ανθοκυανίνες είναι μια κατηγορία υδατοδιαλυτών χρωστικών που, ανάλογα με το pH, μπορεί να εμφανίζονται με κόκκινες, μοβ ή μπλε αποχρώσεις. Έτσι άνθη με την ίδια ανθοκυανίνη, μπορεί να έχουν διαφορετικά χρώματα ανάλογα με το pH του εδάφους.^[4] Αυτό συμβαίνει επειδή το μπλε χρώμα είναι συχνά το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταλλικών ιόντων με τις ανθοκυανίνες των πετάλων, σχηματίζοντας χημικά σύμπλοκα, τα οποία αλλάζουν το χρώμα της χρωστικής. Για παράδειγμα, το μπλε του αραβοσίτου (Centaurea cyanus) προέρχεται από μια ανθοκυανίνη που ονομάζεται πρωτοκυανίνη, η οποία μαζί με μια άλλη ένωση (μια φλαβόνη) σχηματίζει ένα έγχρωμο σύμπλοκο που αποτελείται από έξι μόρια πρωτοκυανίνης, έξι μόρια φλαβόνης, ένα ιόν σιδήρου, ένα ιόν μαγνησίου και δύο ιόντα ασβεστίου.

Το pH του εδάφους μπορεί να επηρεάσει την απορρόφηση μεταλλικών ιόντων από τα φυτά, έτσι το χρώμα των πετάλων μπορεί να εξαρτάται από το pH. Ορισμένα είδη μάλιστα μπορούν ακόμη και να εμφανίσουν μια σειρά διαφορετικών χρωμάτων στα άνθη τους πάνω στο ίδιο φυτό. Για παράδειγμα, οι ορτανσίες εμφανίζουν ροζ ή κόκκινα άνθη σε βασικό έδαφος (pH πάνω από 7), αλλά εμφανίζουν μπλε άνθη σε χαμηλότερο pH (κάτω από 7) επειδή τότε το φυτό μπορεί να απορροφήσει περισσότερα ιόντα αργιλίου από το έδαφος.^[6]

Ένα άλλο καταπληκτικό παράδειγμα παρουσίας του μπλε στον φυτικό κόσμο είναι το άνθος του μπιζελιού-πεταλούδα (Clitoria ternatea), το οποίο παίρνει το χρώμα του από την ανθοκυανίνη δελφινιδίνη (η οποία δίνει επίσης το χρώμα στα βατόμουρα). Το λαμπερό μπλε αυτού του άνθους αλλάζει σε μοβ, παρουσία ελαφρώς όξινων συνθηκών και γίνεται έντονο ροζ καθώς αυξάνεται η οξύτητα. Για το λόγο αυτό, τα αποξηραμένα άνθη του φυτού αυτού, χρησιμοποιούνται για την παρασκευή πολύχρωμων τσαγιών που μπορούν να αλλάξουν χρώμα, για παράδειγμα, με την προσθήκη μιας φέτας λεμονιού.^[7]

Γιατί λοιπόν μερικά άνθη είναι μπλε; Πολλά έντομα αντιλαμβάνονται τα χρώματα διαφορετικά από εμάς. Οι φωτοϋποδοχείς των ματιών μας είναι ευαίσθητοι στο κόκκινο, το πράσινο και το μπλε. Τα έντομα που ανήκουν στην οικογένεια των μελισσών (Υμενόπτερα) έχουν υποδοχείς που είναι ευαίσθητοι στο πράσινο, το μπλε και το υπεριώδες.^[8] Τα μπλε λουλούδια θα πρέπει επομένως να είναι εξαιρετικά ορατά σε αυτά τα έντομα επικονιαστές.

Ο ζωικός κόσμος: όταν η χημεία αποτυγχάνει, η φυσική έρχεται να σώσει την κατάσταση

Αν το μπλε είναι σπάνιο στα φυτά, είναι ακόμα πιο σπάνιο στον κόσμο των ζώων. Ωστόσο, υπάρχουν μερικά παραδείγματα μπλε ζώων: έντομα, ερπετά, ψάρια, ακόμη και πτηνά.

Στην περίπτωση των ζώων, η χημεία συχνά δεν έχει καμία σχέση με το χρώμα. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα μπλε ζώα δεν είναι σε θέση να συνθέσουν μπλε χρωστικές,^[9] αν και υπάρχουν εξαιρέσεις όπως ορισμένοι βάτραχοι. Για το λόγο αυτό, πολλά ζώα καταφεύγουν στη φυσική και στο υπέροχο φαινόμενο του ιριδισμού!

Ιριδισμός είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ορισμένα υλικά αλλάζουν χρώμα ανάλογα με τη γωνία θέασης ή φωτισμού. Εμφανίζεται, όταν η φυσική δομή ενός αντικειμένου αναγκάζει τα κύματα φωτός που πέφτουν επάνω του, να συνδυάζονται μεταξύ τους, ένα φαινόμενο γνωστό ως συμβολή. Σε ενισχυτικές συμβολές, τα κύματα φωτός συνδυάζονται έτσι ώστε τα όρη και οι κοιλάδες να ευθυγραμμίζονται ενισχύοντας το ένα το άλλο και τελικά αυξάνοντας τη φωτεινότητα του ανακλώμενου χρώματος. Οι αποσβεστικές συμβολές συμβαίνουν όταν τα όρη και οι κοιλάδες αλληλοεξουδετερώνονται για να αποδυναμώσουν την ένταση του χρώματος. Καθώς αλλάζει η γωνία θέασης του παρατηρητή, τα χρώματα του ιριδίζοντος αντικειμένου αλλάζουν ανάλογα με τον βαθμό ενισχυτικής και αποσβεστικής συμβολής. Για παράδειγμα, οι ομόκεντρες κυκλικές γραμμές των αυλακιών στην επιφάνεια ενός CD έχουν παρόμοιο μέγεθος και απόσταση με το μήκος κύματος του ορατού φωτός, προκαλώντας πολύχρωμους ιριδισμούς όταν το φως πέφτει πάνω του! Παρόμοιο αποτέλεσμα μπορεί να προκληθεί από λεπτές διαφανείς μεμβράνες, όπως αυτές που δίνουν στις σαπουνόφουσκες, την ιριδίζουσα λάμψη τους.

Στον ζωικό κόσμο, το φαινόμενο του ιριδισμού μπορεί να δημιουργηθεί από μικρο- και νανοδομές που υπάρχουν στην επιφάνεια του δέρματος, του κελύφους ή του φτερώματος του ζώου. Οι δομές αυτές πρέπει να είναι κανονικά διαμορφωμένες για να μπορούν να ρυθμίζουν την ένταση του ανακλώμενου φως ενισχύοντας ή αποσβένοντας κάθε φορά συγκεκριμένες συχνότητες σε σχέση με άλλες.

Ένα παράδειγμα είναι η παραδείσια Δυτική παρωτία (Parotia sefilata). Τα αρσενικά έχουν θωρακικά φτερά που αντανακλούν ένα όμορφο ιριδίζον μπλε χρώμα εξαιτίας των επίπεδων, κανονικά τακτοποιημένων και τέλεια τοποθετημένων νανοδομών που ευθυγραμμίζουν το φως και ενισχύουν τα μήκη κύματος σε συγκεκριμένες γωνίες. Τα τριχίδια των φτερών αυτών (οι λεπτές ίνες) έχουν διατομή σε σχήμα V που δέχεται το φως υπό διαφορετικές γωνίες. Το άκρο της δομής αυτής αντανακλά πορτοκαλοκίτρινο, ενώ τα πλαϊνά μέρη αντανακλούν πράσινο-μπλε χρώμα. Το φαινόμενο αυτό, σε συνδυασμό με ένα είδος χορευτικής τελετουργίας, χρησιμοποιείται για να εντυπωσιάσει έναν πιθανό σύντροφο.^[10]

Οι πολυστρωματικές δομές των φτερών της πεταλούδας είναι ένα άλλο εκπληκτικό παράδειγμα ιριδισμού. Όταν σκέφτεστε μια μπλε πεταλούδα, μήπως πιθανότατα φαντάζεστε τα μπλε φτερά της πεταλούδας Morpho Menelaus; Αν κοιτάξετε με το μικροσκόπιο τα φτερά μιας πεταλούδας του γένους morpho, θα δείτε ότι είναι καλυμμένα με μικρά λέπια σε κανονικά διατεταγμένες επιφανειακές δομές που λειτουργούν όπως η δομή των φτερών της Δυτικής παρωτίας, αντανακλώντας έτσι το φως σε εκπληκτικά μεταβαλλόμενες αποχρώσεις του μπλε σε κάθε πτερύγιο.^[12]

Το ίδιο φαινόμενο παρατηρείται σε πολλά ψάρια, όπως η μπλε καλόγρια (damselfish) (Chrysiptera cyanea) και o μπλε ακάνθουρος (surgeonfish) (Paracanthurus hepatus), που ίσως αναγνωρίσετε ως Ντόρι από την ταινία της Disney Ψάχνοντας τον Νέμο (Finding Nemo)!

Αυτό το κόλπο της φυσικής χρησιμοποιείται επίσης στον φυτικό κόσμο. Υπάρχουν φυτά που μπορούν να ζήσουν με ελάχιστο φως χάρη σε μικροσκοπικές παγίδες φωτός που υπάρχουν στα φύλλα τους, όπως το τροπικό φυτό της Μαλαισίας Begonia pavonina, το οποίο έχει ιριδίζοντα μπλε φύλλα. Οι παγίδες φωτός βρίσκονται σε μικροσκοπικές δομές των φύλλων που ονομάζονται ιριδοπλάστες, έναν τύπο χλωροπλάστη στον οποίο οι θυλακοειδείς μεμβράνες που περιέχουν τη χλωροφύλλη σχηματίζουν νανοδομές που μοιάζουν με μικροσκοπικούς πύργους και λειτουργούν ως πολυστρωματικοί κρύσταλλοι. Αυτό δημιουργεί ένα συναρπαστικό αποτέλεσμα: αυτή η κανονικά διατεταγμένη δομή αντανακλά το μπλε φως, γι’ αυτό τα φύλλα φαίνονται ιριδίζοντα μπλε. Έτσι και αλλιώς, η απώλεια αυτού του μπλε φωτός δεν αποτελεί πρόβλημα για τα φυτά μπιγκόνια, καθώς το περισσότερο μπλε φως απορροφάται από το τροπικό δάσος που αναπτύσσεται από πάνω τους. Ωστόσο, αυτά τα ειδικά θυλακοειδή είναι πολύ πιο αποτελεσματικά στην απορρόφηση του κυρίαρχου πράσινου φωτός που περνά μέσα από τον θόλο των δέντρων από πάνω τους. Έτσι, αυτά τα μπλε φύλλα μπορούν να εξασφαλίσουν όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργεια από το λιγοστό φως που φτάνει στο σκοτεινό έδαφος ενός τροπικού δάσους.^[14]

Τι γίνεται με τα μπλε αυγά;

Γνωρίζατε ότι ορισμένα είδη πουλιών, όπως ο Αμερικάνικος κοκκινολαίμης (Turdus migratorius) γεννούν αυγά με όμορφο μπλε χρώμα; Μήπως αναρωτιέστε ποιος είναι ο λόγος αυτής της κομψής επιλογής; Εδώ έρχεται πάλι η χημεία για να το εξηγήσει. Το χρώμα προέρχεται από μια χρωστική ουσία χολής που ονομάζεται χολοπρασίνη (biliverdin), ένα μόριο που μπορεί να δώσει χρώματα από πράσινο έως μπλε. Οι Αμερικανικοί θηλυκοί κοκκινολαίμηδες έχουν υψηλή ποσότητα χολοπρασίνης στο σώμα τους, η οποία εναποτίθεται στο κέλυφος του αυγού κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του, δίνοντάς του το τυπικό μπλε χρώμα του. Η ένταση του χρώματος είναι ευθέως ανάλογη με την υγεία του θηλυκού, επομένως τα αρσενικά έχουν μεγαλύτερη προδιάθεση να φροντίζουν νεοσσούς που εκκολάπτονται από τα πιο μπλε αυγά.^[15]

Υπάρχει και άλλος ένας λόγος για αυτήν την επιλογή: προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία. Το πολύχρωμο κέλυφος είναι σε θέση να προστατεύει το αναπτυσσόμενο έμβρυο από τις επιβλαβείς ακτίνες UV και επίσης απορροφά τις υπέρυθρες ακτίνες, γεγονός που επιτρέπει στο αυγό να διατηρεί τη βέλτιστη θερμοκρασία για την ανάπτυξη του εμβρύου.^[16]

Είτε προέρχεται από τη χημεία είτε από τη φυσική, είναι σίγουρο ότι το μπλε στη φύση δεν είναι ποτέ λυπηρό!

---

Download

Download this article as a PDF

---