رنگ در طبیعت؛ آبی خالص

علیرضا صفاری ـ دانشجوی دکتری کشاورزی
رنگ‌ها از کجا می‌آیند؟ نور خورشید شامل تمام رنگ‌های بخش طیف مرئی و نامرئی است. مواد رنگی طول موج‌های خاصی را جذب و برخی دیگر را منعکس می‌کنند. چشمان ما زمانی یک جسم را آبی می‌بینند که نور منعکس شده طول موجی بین حدود ۴۵۰ تا ۴۹۵ نانومتر داشته باشد.
برخی از موجودات زنده معمولا رنگ‌هایی دارند که یک مزیت تکاملی به آنها می‌دهد. بنابراین، چرا رنگ آبی در طبیعت نسبتا نادر است؟ آیا مضر است؟ و چرا برخی از گیاهان و حیوانات سایه‌هایی از آبی را نشان می‌دهند؟ آیا این یک اشتباه است؟
برای پاسخ به این سوالات، باید به سراغ رنگدانه‌های طبیعی، برویم.
آبی در دنیای طبیعی: گل‌ها و گیاهان
از میان بیش از 000/280 گونه گیاه گلدار شناخته شده، کمتر از 10 درصد گل‌های آبی تولید می‌کنند.
در گل‌ها، رنگ آبی از مولکول‌هایی ناشی می‌شود که بخش قرمز طیف مرئی را جذب می‌کنند. این رنگدانه‌ها آنتوسیانین‌ها نامیده می‌شوند. آنتوسیانین‌ها دسته‌ای از رنگدانه‌های محلول در آب هستند که بسته به PH، ممکن است قرمز، بنفش یا آبی به نظر برسند. این رفتار به این معنی است که گل‌هایی با آنتوسیانین یکسان می‌توانند بسته به PH خاک، رنگ‌های متفاوتی داشته باشند. این به این دلیل است که رنگ آبی اغلب نتیجه تعامل یون‌های فلزی با آنتوسیانین‌های موجود در گلبرگ‌ها برای تشکیل کمپلکس‌های شیمیایی است که رنگ رنگدانه را تغییر می‌دهد.
PH خاک می‌تواند بر جذب یون‌های فلزی توسط گیاهان تاثیر بگذارد، به همین دلیل است که رنگ گلبرگ‌ها می‌تواند وابسته به PH باشد و برخی از گونه‌ها حتی می‌توانند طیف وسیعی از رنگ‌ها را در یک گیاه نشان دهند. به عنوان مثال، گل ادریسی در خاک قلیایی PH (بالای 7) صورتی یا قرمز به نظر می‌رسد، اما در PHپایین‌تر (زیر 7) آبی به نظر می‌رسد زیرا گیاه می‌تواند یون‌های آلومینیوم بیشتری را از خاک جذب کند.
نمونه شگفت‌انگیز دیگری از رنگ آبی در دنیای گیاهان، گل نخود پروانه‌ای (Clitoria ternatea) است که رنگ خود را از آنتوسیانین دلفینیدین که به بلوبری نیز رنگ می‌دهد می‌گیرد. آبی درخشان این گل در حضور شرایط کمی اسیدی به بنفش تغییر می‌کند و با افزایش اسیدیته به صورتی پررنگ تبدیل می‌شود. به همین دلیل، از گل‌های خشک نخود پروانه‌ای برای تهیه چای‌های رنگارنگی استفاده می‌شود که می‌توانند تغییر رنگ دهند.
دنیای حیوانات: وقتی شیمی شکست می‌خورد، فیزیک به کمک می‌آید
اگر رنگ آبی در گیاهان نادر است، در دنیای حیوانات حتی نادرتر است. با این حال، نمونه‌هایی از حیوانات آبی وجود دارد: حشرات، خزندگان، ماهی‌ها و حتی پرندگان. در واقع اکثر حیوانات آبی قادر به سنتز رنگدانه‌های آبی نیستند، اگرچه استثنائاتی مانند برخی قورباغه‌ها وجود دارد.
رنگین‌کمانی پدیده‌ای است که در آن رنگ برخی مواد بسته به زاویه دید یا روشنایی تغییر می‌کند. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که ساختار فیزیکی یک جسم باعث می‌شود امواج نور با یکدیگر ترکیب شوند، پدیده‌ای که به عنوان تداخل شناخته می‌شود. در تداخل سازنده، امواج نور طوری ترکیب می‌شوند که قله‌ها و فرورفتگی‌ها در یک راستا قرار می‌گیرند تا یکدیگر را تقویت کنند.
تداخل مخرب زمانی رخ می‌دهد که قله‌ها و فرورفتگی‌ها یکدیگر را خنثی می‌کنند تا رنگ را تیره‌تر کنند. با تغییر زاویه دید ناظر، رنگ‌های جسم رنگین‌کمانی بسته به درجه تداخل سازنده و مخرب تغییر می‌کنند. در دنیای حیوانات، این اثر می‌تواند توسط میکرو و نانوساختارهای موجود در سطح پوست، پوسته یا پرهای موجود ایجاد شود.
یک نمونه، پرنده بهشتی غربی پاروتیا (Parotia sefilata) است. نرها دارای پرهایی در سینه خود هستند که به دلیل نانوساختارهای مسطح، منظم و کاملا فاصله‌دار که نور را همسو کرده و طول موج‌ها را در زوایای خاص تقویت می‌کنند، رنگ آبی رنگین‌کمانی زیبایی ایجاد می‌کنند. ریشک‌های پر (الیاف ظریف) دارای سطح مقطع V شکل هستند که نور از زوایای مختلف. نوک این سازه، رنگ نارنجی ـ زرد را منعکس می‌کند، در حالی که کناره‌های آن، رنگ سبز ـ آبی را منعکس می‌کنند.
این پدیده، همراه با نوعی حرکات موزون، برای تحت تاثیر قرار دادن یک جفت بالقوه استفاده می‌شود.
ساختارهای چندلایه بال‌های پروانه نمونه شگفت‌انگیز دیگری از رنگین‌کمان‌ هستند. اگر به بال‌های یک پروانه زیر میکروسکوپ نگاه کنید، می‌بینید که آنها با فلس‌های کوچکی پوشیده شده‌اند که ساختارهای سطحی منظمی دارند و نور را در سایه‌های آبی شگفت‌انگیز و متغیر روی هر بال منعکس می‌کنند.
همین پدیده در بسیاری از ماهی‌ها، مانند ماهی (Chrysiptera cyanea) و ماهی Paracanthurus) (hepatus یافت می‌شود گیاهانی وجود دارند که به لطف تله‌های نوری ریز موجود در برگ‌هایشان، می‌توانند با نور بسیار کم زندگی کنند، مانند گیاه گرمسیری مالزیایی بگونیا پاوونینا (Begonia pavonina) که دارای برگ‌های آبی رنگین‌کمانی است. تله‌های نوری در ساختارهای میکروسکوپی برگ‌ها به نام ایریدوپلاست‌ها قرار دارند، نوعی کلروپلاست که در آن غشاهای تیلاکوئیدی حاوی کلروفیل، نانوساختارهایی را تشکیل می‌دهند که مانند برج‌های ریز به نظر می‌رسند و به عنوان کریستال‌های چند لایه عمل می‌کنند. این امر جلوه‌ای جذاب ایجاد می‌کند: ساختار منظم، نور آبی را منعکس می‌کند، به همین دلیل برگ‌ها به رنگ آبی رنگین‌کمانی دیده می‌شوند.
در مورد تخم آبی چطور؟
آیا می‌دانستید که برخی از گونه‌های پرندگان، از جمله سینه سرخ (Turdus migratorius) تخم‌هایی به رنگ آبی زیبا می‌گذارند؟ این رنگ از یک رنگدانه صفراوی به نام بیلیوردین ناشی می‌شود، مولکولی که می‌تواند رنگ‌هایی از سبز تا آبی ایجاد کند. سینه سرخ‌های ماده مقدار زیادی بیلیوردین در بدن خود دارند و این ماده در طول تشکیل تخم در پوسته آن رسوب می‌کند و رنگ آبی معمول را به آن می‌دهد. شدت رنگ آبی مستقیما با سلامت ماده متناسب است، بنابراین نرها بیشتر مستعد مراقبت از جوجه‌هایی هستند که از آبی‌ترین تخم‌ها بیرون می‌آیند.
دلیل دیگری نیز برای این انتخاب وجود دارد: محافظت در برابر نور خورشید. پوسته رنگارنگ قادر است جنین در حال رشد را از اشعه‌های مضر فرابنفش محافظت کند و همچنین اشعه‌های مادون قرمز را جذب می‌کند، که به تخم اجازه می‌دهد دمای مطلوب را برای رشد جنین حفظ کند.