Колибри - одни из самых ярких существ во всем мире. Их перья переливаются - свет отражается от них, как мыльный пузырь, в результате чего мерцающие оттенки меняются, когда вы смотрите на них под разными углами. В то время как у других птиц, таких как утки, могут быть яркие перья, ничто не может сравниться с колибри, и ученые не знали, почему. Но новое исследование в Evolution показывает, что, хотя перья колибри имеют тот же основной состав, что и у других птиц, особая форма их пигментсодержащих структур позволяет им отражать радугу света.
"Большой вопрос, который не дает мне спать по ночам: почему некоторые группы птиц более красочны, чем другие?" - говорит Чад Элиасон, первый автор статьи и научный сотрудник Полевого музея в Чикаго. «Вы можете выглянуть в окно и увидеть тусклых коричневых птиц, а затем этот сверкающий драгоценный камень порхает к кормушке для колибри. Почему колибри такие красочные? Это окружающая среда, половой отбор? Или что-то во внутренних механизмах?», физика и способ получения цветов?"
Чтобы ответить на эти вопросы, Элиасон и его международная команда коллег провели крупнейшее в истории оптическое исследование перьев колибри. Они изучили перья 35 видов колибри с помощью просвечивающего электронного микроскопа и сравнили их с перьями других ярко окрашенных птиц, таких как зеленоголовые кряквы, чтобы найти различия в их строении.
Перья всех птиц состоят из кератина, того же материала, что и наши волосы и ногти, и имеют структуру крошечных деревьев, части которых напоминают ствол, ветки и листья.«Листья», называемые перьевыми бородками, состоят из клеток, содержащих органеллы, производящие пигмент, называемые меланосомами. У нас тоже есть меланосомы - они производят темный пигмент меланин, который окрашивает наши волосы и кожу. Но пигмент - не единственный способ получить цвет. Форма и расположение меланосом могут влиять на то, как свет отражается от них, создавая яркие цвета.
«Мы называем эти радужные цвета «структурными цветами», потому что они зависят от структурных размеров», - говорит соавтор Мэтью Шоуки из бельгийского Университета Гента. «Хорошей аналогией был бы мыльный пузырь. Если вы просто посмотрите на немного мыла, оно будет бесцветным. Вы получаете эти мерцающие радужные цвета по краям. То же самое работает и с меланосомами: с правильной структурой вы можете превратить что-то бесцветное во что-то действительно красочное."
"У млекопитающих меланин не организован каким-либо причудливым образом внутри волос, но у птиц есть слои меланосом, и когда свет отражается от разных слоев, мы видим яркие цвета", - говорит Элиасон.
Но даже среди птиц меланосомы колибри особенные. У уток меланосомы в форме бревна без воздуха внутри, но меланосомы колибри имеют форму блина и содержат множество крошечных пузырьков воздуха. Уплощенная форма и пузырьки воздуха меланосом колибри создают более сложный набор поверхностей. Когда свет падает на эти поверхности, он отражается, создавая переливы.
Исследователи также обнаружили, что различные черты, которые делают перья колибри особенными, такие как форма меланосомы и толщина подкладки пера, являются чертами, которые развивались отдельно, позволяя колибри смешивать и сочетать более широкий спектр черт. Это похоже на то, как вы можете составить больше комбинаций одежды с тремя рубашками и тремя парами брюк, чем с тремя платьями. В общем, перья колибри очень сложные, и это делает их намного более красочными, чем у других птиц.
И, как отмечают авторы, этот проект открывает двери для более глубокого понимания того, почему колибри развивают определенные цвета, которые они делают. «Не все колибри имеют блестящую окраску и структуру - у некоторых видов оперение тусклое, а у многих видов самки менее красочны, чем самцы», - отмечает соавтор Рафаэль Майя, биолог и исследователь данных из Instacart.
В этой статье мы описываем модель того, как все эти вариации могут быть достигнуты в перьях. Теперь возникают другие замечательные вопросы. Например, если возможно отображать большое разнообразие цветов, почему многие колибри зеленые? «Отражает ли это исторические события, хищничество или женские различия в предпочтениях, все еще остаются открытыми и сложными вопросами», - говорит соавтор Хуан Парра из Колумбийского университета Антиокии.
Это исследование готовит почву для реального понимания того, как развиваются цветовые узоры. Теперь, когда у нас есть лучшее представление о том, как структура перьев сопоставляется с цветом, мы можем действительно проанализировать, какие гены лежат в основе этих действительно сумасшедших цветов у птиц., - говорит Элиасон.