От изменчивых радуг сцинка до ослепительных металлических оттенков колибри: многие существа демонстрируют яркие оттенки, созданные наноструктурами, переплетающими длины волн света. Исследователи под руководством биоинформатика Альдерта Зомера из Утрехтского университета теперь также выявили гены, которые позволяют бактериям использовать это яркое явление.

В то время как цвета, излучаемые пигментами, представляют собой оставшиеся части видимого спектра света , которые не поглощаются, структурные цвета возникают в результате интерференции света при его отражении.

Проецируемые цвета зависят от того, как мелкомасштабные структуры на поверхности материала направляют свет, заставляя некоторые длины волн объединяться или нейтрализоваться. То, что видит зритель, может меняться в зависимости от угла обзора, вызывая резкие изменения интенсивности цвета или радужные переходы цвета.

Отдельные микробы, такие как морская бактерия Marinobacter alginolytica, могут действовать как наноструктуры, координируя свои действия друг с другом и образуя колонии по точно заданной схеме, которая позволяет им отражать определенные длины волн.

«Бактериальные колонии со структурной окраской — это живые наноструктуры, которые манипулируют светом, и мы выявили несколько молекулярных путей, которые связаны с процессом их генерации», — пишут Зомер и его команда в своей статье.

Исследователи сравнили геномы 87 штаммов бактерий, которые могут образовывать структурно окрашенные колонии, с 30 бесцветными штаммами, чтобы найти генетический отпечаток этого явления. Затем с помощью моделей ИИ команда исследовала 250 000 бактериальных геномов и 14 000 образцов окружающей среды, чтобы увидеть, какие еще бактерии обладают структурной окраской.

Удивительно, но структурная окраска появилась даже у бактерий, которые живут там, где нет света, способного отражаться.

«Мы обнаружили, что гены, отвечающие за структурный цвет, в основном встречаются в океанах, пресной воде и особых местах обитания, таких как приливно-отливные зоны и глубоководные районы, - объясняет вирусный эколог Бас Дутиль из Йенского университета. - Напротив, микробы в местах обитания, связанных с хозяином, таких как человеческий микробиом, демонстрируют очень ограниченный структурный цвет».

Этот структурный цвет, появляющийся в глубинах океана, предполагает, что задействованные наноструктуры, вероятно, служат биологическим процессам, а не ослепляют наблюдателей. Например, они могут действовать как защитные структуры против вирусов или помогать клеткам цепляться за плавающие частицы пищи, объясняют исследователи. Или структурная окраска бактерий могла возникнуть просто как побочный эффект того, как бактерии организуются в свои колонии.

Понимание того, как природа создает структурные цвета, может позволить нам разрабатывать экологически чистые материалы со стойкими цветами и другими полезными свойствами, например, легкую краску для самолетов.

Источник: PNAS