شکل هندسی، منشا زیبایی بال پروانه هاست نه رنگدانه! خبرگزاری علم و فناوری - شکل هندسی، منشا زیبایی بال پروانه هاست نه رنگدانه!
رمزگشایی دیگر از شاهکار طبیعت؛

شکل هندسی، منشا زیبایی بال پروانه هاست نه رنگدانه!

دانشمندان پس از بررسی های دو بعدی با تکیه به دستگاهها و روش های پیشرفته و امروزی موفق به تشخیص دقیق ساختار سلول ها در بال پروانه شده اند و در کمال شگفتی علت رنگی بودن بال های پروانه را وابسته به شکل هندسی این سلول ها دانسته اند.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از اردبیل؛ نگاه جستجوگر انسان همواره در طراحی روند تکاملی حیاتش، طبیعت را الهام بخش خود قرار داده است. طبیعت نیز در گذر زمان همواره شگفتی هایی را از خلقت در آستین داشته و در برابر دیدگان کنجکاو بشر به نمایش گذاشته است. پروانه ها را می توان نمونه شاهکارهایی بی مانند از این دست دانست

فیزیک نوری و رنگ آفرینی

نزدیکترین راه برای رمزگشایی از این شاهکار این است که به سادگی بپذریم که رنگدانه ها مسئول چنین اثری بوده اند. اما در کمال شگفتی باید گفت که هیچ رنگدانه ای در بال پروانه ها وجود ندارد. این طرح ها و رنگ های خیره کننده تنها و تنها از داربستی نتیجه می شود که سلول های بال پروانه در آن جای گرفته اند. به طور خلاصه باید گفت شکل هندسی این سلول ها و چگونگی رفتار آنها در برابر نور چنین فریبندگی ای را به صاحبانش بخشیده است.

 از دیرباز پژوهشگران علاقه مند به کشف ساختار سلولی بال پروانه بوده اند اما از آنجا که در این زمینه آنها تنها به تصویرهای دو بعدی حاصل از میکروسکوپ الکترونی دسترسی داشتند، از درک واقعی این ساختارهای سه بعدی ناتوان بودند. اکنون به کمک روشهایی کارآمد همچون پراش پرتوهای x با زاویه کوچک، مشخص شده است که تولید رنگ در بال پروانه از بر هم کنش فیزیکی نور با مواد زیستی موجود در بال پروانه ناشی می شود. این مواد زیستی بلورهای نوری یا ریز ساختارهای سه بعدی پیچیده ای هستند که جهت گیری متفاوت آنها در برابر نور به تولید رنگهای گوناگون می انجامد. دانشمندان برای این سلول ها نام ژیرویید را برگزیده اند؛ ریز ساختارهایی که نور خورشید را همچون یک بلور پراکنده می کنند و عملکرد انتخابی و متنوع آنها رنگ های متفاوتی می آفریند.

ژیرویید چیست؟

ژیرویید شکلی شبیه یک بومرنگ است. این نام برگرفته از واژه gyrating به معنی مارپیچی یا چرخشی است. در سال 1970، دانشمندی به نام آلن اچ شوئن این شکل را به عنوان یکی از گروههای فضایی معرفی کرد.

ژیرویید در بدن پروانه مرکب از سه استخوان پهن است که در راستاهای مختلف جهت گرفته اند. درست مانند یک بادبزن یا فرفره. کوچکترین حرکت در بال پروانه در جهت گیری ژیروییدها و  در نتیجه در عملکرد آنها در برابر نور تغییر ایجاد می کند. ساختار ژیرویید باعث می شود که همه طول موج های نور از بال عبور کند بجز یکی که بازتابش می یابد. آنچه رنگ نور را کنترل می کند اندازه ژیرویید است. هرچه ژیرویید کوچکتر باشد رنگ مشاهده در بال به ابی نزدیکتر است و گرنه بال بیشتر به رنگ های نزدیک به سرخ دیده می شود. پس از تغییر اندازه این ریز ساختارهای زیستی است که به بال پروانه رنگ های مختلفی می دهد.

سازوکار تولید رنگ

بلورهای سه بعدی زیست شناختی شامل شبکه ای پیچیده از کیتین کوتیکولی اند که همراه با هوا تولید رنگ در بال پروانه را بر عهده دارند.سطح پشتی بال پروانه شبکه ای از شیارهای بلند و موازی را در بر دارد که با بافت عرضی بهم متصلند و شکلی شبیه یک پنجره درون سلول بال ایجاد کرده اند.

بلورهای نوری یا به صورت بلورهای ناپیوسته یا تکه های تک از میدان های بلوری نوری جوش خورده درون بال قرار دارند و جهت گیری آنها در برابر نور عامل اصلی تولید رنگ های متفاوت در پروانه ها است.

تشکیل ریز ساختارها

بنابه تصویرهای بدست آمده از روش فرافرستی میکروسکوپ الکترونی ، TEM ، ریزساختارها در  جریان برهم کنشی درونی میان غشای پلاسمایی سلول با غشای اندوپلاسمی بسیار ظریف درونی، یک جفت غشا چربی دو لایه تشکیل می دهند که دو لایه آن به طور موازی با یکدیگر قرار دارند و سیتوپلاسم سلولی میان آن ها فاصله می اندازد. مقطع عرضی تصویر TEM این فرایند را نشان می دهد در حالیکه بافت مشخصی از دو دایره هم مرکز در یک شبکه مثلثی مشاهده می شود.

روش SER ظرفیت فیزیکی غشای چربی دو لایه و اندامک های سلولی دیگر را در خودسازی ساختارهای زیست شناختی به روشنی نشان داده است.

تعیین گروه فضایی بلورها

از دهه 1970 پیچیدگی بلوری سلول های موجود در بال پروانه ها مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. چنانچه اشاره شد در بیشتر بررسی ها برای تعیین ریز ساختارهای سه بعدی از  میکروسکوپ الکترونی استفاده می شد که برای این کار مناسب نبود. از این رو ساختار بلورها به طور متفاوت به صورت مکعب ساده، مکعب وجوه مرکز دار و وجوه مرکز دار کدر وارونه در نظر گرفته می شد که حباب های هوا در شکل گوی هایی درون کیتین آرایش یافته بود. اساس کار چنین بود که الگوی پراش پرتوهای x از چنین بلورهایی با آنچه از بال پروانه به دست آمده بود مقایسه می شد. در بررسی های کنونی مدل های رایانه ای با ساختار مکعبی یا الماس، سازگاری خوبی با پراش حاصل از سلول های مربوط به بال 5 پروانه نشان داده است چهارگوش با کانال های دایره ای هوا، تقارن مکعبی را برای ریز ساختار ژیرویید مورد تایید قرار می دهد.

این مشاهده ها گروه فضایی ژیرویید تک را برای ریز ساختارهای بلوری نوری در پروانه ثابت کرده است.

نتیجه گیری

بررسی ساختار و عملکرد شبکه ژیرویید به عنوان اجزای سازنده در بال پروانه و آگاهی از برهم کنش های میان نور و ریزساختارها در این موجود می تواند در طراحی و ساخت ابزارهای نوری سودمند باشد. ابزارهایی که از سازکارهای فیزیکی مشابهی برای تولید نور بهره برداری می کنند. پس از میلیون ها سال اکنون گزینش پذیری و عملکرد نوری بلورهای نوری در پروانه ها الهام بخش فناوری شبیه سازی زیستی قرار گرفته است. در واقع خواص نوری موجود در ریزساختارها گاه می تواند بر راه کارهای مهندسی شده پیشی گیرد.

بجز پروانه ها، سنجاقک ها و بیدها نیز از روش های پیچیده برای دست کاری و تغییر نور استفاده می کنند که دانشمندان اکنون در آغاز راه بررسی آنها هستند.

 

انتهاي پيام / مريم عيدي

 

 

 

 

 

 

زمان انتشار: چهارشنبه ۱۶ آبان ۱۳۹۷ - ۱۷:۴۴:۰۰

شناسه خبر: 72873

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب