Люди часто очаровываются красотой тюльпанов, известных как "королевы ночи", с их ослепительным разнообразием цветов, которые ученые сравнивают с "королевскими драгоценностями, сверкающими в лунном свете".

Исследователи из университета Макгилла в Канаде обнаружили, что яркие оттенки тюльпанов обусловлены физическим явлением, а не структурой или химическими процессами растений.

Статья в Chemical Physics от 15 сентября подробно описывает новое исследование, раскрывающее, как целлюлозные волокна внутри растений переформируются под воздействием света, создавая морщинистые поверхности, улучшающие и изменяющие цветы.

Это явление, называемое "самоорганизацией", позволяет внутренним структурам тюльпанов реагировать физически на изменения, такие как температура и влажность, разбивая белый свет на разноцветные спектры и создавая великолепные оттенки цветов, похожие на те, что видны на крыльях бабочек и насекомых.

"Эти внутренние структуры, известные как 'фотонные кристаллы'," отмечает технологический блог Gizmodo, "избирательно рассеивают свет, напоминая дифракционную решетку. Эффект рассеивания аналогичен 'радужным бликам', видимым на канавках CD при попадании света".

Исследование показало, что количество поглощаемых пигментами спектров также влияет на способность различных организмов изменять свои цвета. Например, жук-драгоценщик в Японии поглощает внутренне рассеянный свет своим кератиновым слоем, чтобы преобразовываться в яркие цвета.

"На уровне 'мощности' функции целлюлозы давно ведется обширное изучение," - говорит Алехандро Рей, химический инженер из университета Макгилла, возглавляющий исследование. "При более тщательном рассмотрении мы обнаружили тенденцию целлюлозы к искажению, что может 'усиливать' её."

"Сходимость в определенном направлении укрепляет целлюлозу," - объясняет профессор Рей. "Этот виток агрегации позволяет целлюлозе приобретать многонаправленную твердость."

"Выживание - главная задача растений," - отмечает Клод де Памфилис, эволюционный биолог растений из Пенсильванского университета. "Прекрасные цветы - всего лишь побочные продукты; их основная функция - привлекать опылителей," - говорит он. "Мы должны обращать внимание на эти 'опыление' характеристики растений, цветы - это небольшие награды, найденные потом."

Чтобы изучить, как искажение целлюлозы влияет на внешний вид растений, исследовательская группа разработала вычислительную модель. С её помощью они обнаружили, что спиральные структуры под эпидермисом растения естественным образом создают морщинистый внешний слой. Высота этих слегка поднятых "хребтов" из-за морщинистости измеряется в нанометрах, а расстояние между ними - в микрометрах.

В статье Gizmodo говорится: "Не только витки влияют на внешний вид растений, но и содержание влаги в целлюлозном слое влияет на оптические эффекты. Чем больше влаги, тем меньше витков в волокнистом слое и больше расстояние между поднятыми 'хребтами'. Именно расстояние определяет, какие длины волн света могут быть дифрагированы. Например, изменения влажности окружающей среды преобразуют 460-нанометровый свет (синий видимый свет) в 520-нанометровый свет (зеленый видимый свет)".

Это исследование не только раскрывает физические механизмы ярких цветов тюльпанов, но и вдохновляет новые идеи для будущих конструкций оптических устройств. Глубже понимая искажения целлюлозы и их влияние на оптические эффекты, ученые надеются разработать более чувствительные и эффективные устройства, такие как датчики с изменением цвета.

Это открытие обогащает наше понимание структурных функций растений и открывает новые возможности для материаловедения и оптической инженерии. Как цель исследовательской группы, эти результаты будут способствовать прогрессу в оптической технологии, что в конечном итоге будет полезно для различных областей применения.