מדענים פיצחו את הסוד העומד מאחורי הצבעים המרהיבים של השפריריות
כיצד מצליח הטבע לייצר צבעים מרהיבים, עזים וכאלה שאינם דוהים לעולם, מבלי להשתמש בחומרים כימיים מזהמים? קבוצת מחקר בהובלת אוניברסיטת בן-גוריון בנגב חשפה לראשונה את האסטרטגיה הביולוגית של השפרירית לפיתוח חומרי צבע ידידותיים לסביבה. הגילוי פורסם בכתב העת היוקרתי PNAS.
בעוד שמרבית הצבעים שאנו מכירים בחיי היום-יום מבוססים על חומרים כימיים הבולעים ומחזירים אור, בעלי חיים רבים בטבע משתמשים בצבע מבניים. אלו צבעים שנוצרים כתוצאה מהאינטראקציה של האור עם מבנים זעירים בקנה מידה ננו-מטרי. 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, יחד עם תלמידת 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 שעל אף השונות בגודל החלקיקים, כולם מחזירים בדיוק את אותו גוון של צבע כחול או ירוק. מנגנון זה מדמה מצב שבו כל הכדוריות בגודל אחיד וגורם לצבע שמתקבל להיות יותר רווי. בנוסף, במהלך התבגרותה של השפרירית, כיווץ מבוקר של אותן כדוריות (כתוצאה מעלייה בצפיפותן) מאפשר את שינוי צבעה מירוק לכחול.
המנגנון השני מבחין במסנני צבע מובנים. השפריריות "מטעינות" את הכדוריות הננו-מטריות בפיגמנט צהוב. פיגמנט זה פועל כמסנן, הפועל כמעין בולע אור "מלוכלך" ומיותר, ומותיר רק את הצבע המרכזי עמוק, רווי ובולט.
גילוי המנגנונים הללו נעשה באמצעות שילוב של כמה שיטות מחקר. בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים ושימוש בתופעה פיזיקלית שבה גל אור מתכופף ומתפזר כאשר הוא עובר דרך פתח צר (דיפרקציית אלקטרונים), ביצעו החוקרים אפיון לננו-ספרות. בעזרת האינטראקציה בין חומר לקרינה אלקטרומגנטית (ספקטרוסקופיית מסה), גילו החוקרים את ההרכב הכימי של הננו-ספרות. החוקרים בחנו גם את אופן הפיזור ומדדו את מקדם השבירה של הננו-ספרות. כל אלו נכנסו לתוך סימולציות וחישובים שהובילו לגילוי אסטרטגיות השימוש בצבע של השפריריות- הגברת הרוויה, הסטורציה, של הצבע המתקבל ממקבץ של ננו-ספרות.
"הטבע מצא דרך אלגנטית להפליא לייצר צבעים מושלמים תוך שימוש ברכיבים שאינם מושלמים", מסביר פרופ' פלמר. "האסטרטגיות שחשפנו בשפרירית מראות לנו כיצד בעתיד נוכל לייצר חומרים אופטיים מתקדמים ויעילים באמצעות טכנולוגיות שלמדנו מהטבע עצמו ורכיבים אורגניים בני-קיימא, במקום הכימיקלים הרעילים בהם אנו תלויים כיום בתעשייה".
"זוהי פריצת דרך מדעית המעניקה פתח לייצור של צבעים "ירוקים" לחלוטין שלא ידהו לעולם בשמש. עבור תעשיות הקוסמטיקה, הטקסטיל, המזון ואפילו צביעת מכוניות ומטוסים ללא שימוש במתכות כבדות או חומרים מזהמים, זוהי בשורה של ממש", סיכמה למקוף.
קבוצת המחקר כללה את: לוטם אלוס ופרופ' דן אורון ממכון ויצמן למדע, ד"ר אלברט בטושנסקי, יהל פישמן, נילה תאודור, קשת שביט ולהב הייטנר מאוניברסיטת בן גוריון בנגב, ד"ר אלמוט קלבר מאוניברסיטת לונד (שוודיה),ד"ר יוהנס האאטג'ה מאוניברסיטת אלטו (פינלנד).
מחקר זה (מס' מענקים 1565/22 ו-833/23) נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF), קרן עזריאלי, התוכנית המדעית של מועצת המחקר האירופי- ERC (מענק מס' 852948, ,CRYSTALEYES ומענק מס' (101096020 ,BoX-BOOM) , ומענק (מס' 347789) מטעם מועצת המחקר של פינלנד.
