כיצד מצליח הטבע לייצר צבעים מרהיבים ועזים שאינם דוהים לעולם, מבלי להשתמש בחומרים כימיים מזהמים? קבוצת מחקר בהובלת אוניברסיטת בן-גוריון בנגב חשפה את האסטרטגיה הביולוגית של השפרירית לפיתוח חומרי צבע ידידותיים לסביבה. הגילוי פורסם בכתב העת היוקרתי PNAS.
מרבית הצבעים שאנחנו מכירים בחיי היום-יום מבוססים על חומרים כימיים הבולעים אור ומחזירים אור. כך למשל צבעים הנשקפים מבועת סבון נוצרים כתוצאה מהאינטראקציה של האור עם מבנים זעירים בקנה מידה ננו-מטרי. בעלי חיים רבים בטבע משתמשים בצבעים מבניים. עד כה, נתקלו המדענים במכשול פיזיקלי קשוח: מבנים ננו-מטריים בטבע אינם אחידים בגודלם, מה שגורם לצבע להיראות דהוי, חלש או משתנה בהתאם לזווית הראייה.
פרופ' בן פלמר מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב ותלמידת הדוקטורט טלי למקוף הובילו קבוצת מחקר בינלאומית שחשפה שני מנגנונים אבולוציוניים מתוחכמים של השפריריות. החוקרים גילו כי ככל שהכדוריות הננו-מטריות בגוף השפרירית גדולות יותר, כך צפיפותן (מדד השבירה שלהן) נמוכה יותר.
"המשמעות היא שלמרות השונות בגודל החלקיקים, כולם מחזירים בדיוק את אותו גוון של צבע כחול או ירוק", מסבירים החוקרים. "המנגנון הזה מדמה מצב שבו כל הכדוריות בגודל אחיד וגורם לצבע שמתקבל להיות רווי יותר. מעבר לכך, במהלך התבגרותה של השפרירית, כיווץ מבוקר של אותן כדוריות (כתוצאה מעלייה בצפיפותן) מאפשר את שינוי צבעה מירוק לכחול".
4 צפייה בגלריה
תמונת מיקרוסקופ המסבירה את שינויי הצבע של השפרירית, מירוק לכחול, במהלך ההתבגרות
(צילום: טלי למקוף)
פרופ' בן פלמרצילום: דני מכליס, אוניברסיטת בן-גוריון בנגבהשפריריות "מטעינות" את הכדוריות הננו-מטריות בפיגמנט צהוב. הפיגמנט הזה, בעצם צבע רגיל, מתפקד כמסנן, הפועל כמעין בולע אור "מלוכלך" ומיותר, ומותיר רק את הצבע המרכזי עמוק, רווי ובולט.
גילוי המנגנונים הללו נעשה בשילוב מספר שיטות מחקר – בין השאר, בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים. את הממצאים הכניסו לתוך סימולציות וחישובים שהובילו לגילוי אסטרטגיות השימוש בצבע של השפריריות – הגברת הרוויה, הסטורציה, של הצבע המתקבל ממקבץ של ננו-ספרות.
טלי למקוףצילום: שאולי לנדנר"הטבע מצא דרך אלגנטית להפליא לייצר צבעים מושלמים תוך שימוש ברכיבים שאינם מושלמים", מסביר פרופ' בן פלמר. "האסטרטגיות שחשפנו בשפירית מראות לנו כיצד בעתיד נוכל לייצר חומרים אופטיים מתקדמים ויעילים באמצעות טכנולוגיות שלמדנו מהטבע עצמו ומרכיבים אורגניים בני קיימא, במקום הכימיקלים הרעילים שבהם אנו תלויים כיום בתעשייה".
"זו פריצת דרך מדעית המעניקה פתח לייצור של צבעים 'ירוקים' לחלוטין שלא ידהו לעולם בשמש", הוסיפה הדוקטורנטית טלי למקוף, "מה שגורם לצבע הוא המבנה. הצבעים הרגילים נחשפים לשמש והמולקולה מתפרקת לאורך זמן כך שהצבע נעלם. בצבע מבני, שהוא הסוג של הצבעים שעשויים מחומרים שקופים, הצבע לא דוהה כי המולקולה לא נעלמת. עבור תעשיות הקוסמטיקה, הטקסטיל, המזון ואפילו צביעת מכוניות ומטוסים ללא שימוש במתכות כבדות או חומרים מזהמים, זו בשורה של ממש".
