你有没有曾今想过像变色龙一样,能轻易融入背景?如果有,想象着自己能轻易改变自己的颜色,和背景保持一样的颜色,那将会是一种多神奇的体验。可是,被我们熟知的动物界变色大王—变色龙是如何变色的呢?
变色龙
避役(学名:Chamaeleonidae)(英语:chameleon)俗称变色龙,蜥蜴亚目(Sauria)避役科(Chamaeleontidae)爬行类,产于东半球,主要树栖。特征为体色能变化。每2~3趾并合为二组对趾、端生牙,舌细长可伸展。[1]
有关变色龙为什么会变色,目前还没有一个明确的答案。但这些年来,依次出现了两种学说:色素变色说、晶体折射变色说。色素变色说认为变色龙变色完全取决于其表面三种不同的色素细胞,通过细胞之间的舒张和收缩来控制颜色。晶体折射变色说指的是变色龙通过改变皮肤细胞中纳米晶体的结构来控制折射光,从而达到调节颜色的目的。
三原色
色素变色说
最早我们认为变色龙与其他爬行类动物不同,它们能够变换体色完全取决于皮肤表层的色素细胞,在这些色素细胞中充满着不同颜色的色素,通过调节使得自己展现不同的颜色。
纽约康奈尔大学生物系的安德森对变色龙的“变色原理”进行了详细解释:变色龙皮肤有三层色素细胞,最深的一层是由黑色素细胞构成,其中细胞带有的黑色素可与上一层细胞相互交融;中间层是由鸟嘌呤细胞构成,它主要调控暗蓝色素;最外层细胞则主要是黄色素和红色素。通过表面三种不同的色素以及细胞之间的舒张和收缩来控制颜色。
且变色龙的皮肤也含有一些黄色颜料,它与一个轻松的晶格所反射的蓝色结合在一起,形成了许多变色龙在松弛状态下常见的绿色特征。
变色龙变色前后对比
但最近研究发现,变色龙并不是靠色素细胞变色,而是靠调节皮肤表面的纳米晶体,通过改变光的折射而变色的,所以在此基础上又出现了晶体折射变色说。
纳米光子晶体
晶体折射变色说
然而,年对豹纹变色龙进行的研究表明,色素运动只代表了变色龙变色故事的一部分。
在它们的皮肤中有两个叠加层同时控制它们的颜色以及对其体温调节。[2]顶层包含鸟嘌呤纳米光子晶体,通过激发晶格,可以控制纳米光子晶体之间的间距,这会影响反射和吸收哪些波长的光。激发晶格增加纳米光子晶体之间的距离,能使皮肤反射更长波长的光。因此,在松弛状态下,晶体反射蓝色和绿色,但在激发态时,晶体较长的波长如黄色、橙色、绿色和红色等。[3]
而据法新社年3月10日报道中也提到,变色龙不是通过色素来改变颜色的,而是靠调节皮肤表面的纳米晶体,通过改变光的折射而变色的[4]。
日内瓦大学的生物学家米歇尔·米林科维奇说:“我们十分惊讶。人们曾认为它们是通过色素来变色的,但真正的原理完全不同。对变色龙皮肤的分析显示,变色龙的变色是由透明的被称为“光子晶体”的纳米物质控制的。该光子晶体位于虹细胞层,在变色龙的色素细胞之下。
他们发现变色龙还有更深一层的虹细胞。这些细胞包括“体积更大、更不规律”的晶体,可折射强光,实质上是一层智能隔热板。
变色龙纤维
随着科技的进步,在旧学说的推翻以及新学说的建立过程中,不断有新发现出现。年复旦大学聚合物分子工程教育部重点实验室、先进材料实验室教授彭慧胜带领的课题组发明了变色龙纤维。它可以随流过“身体”的电流变化而改变颜色。[5]
在一次试验中,研究人员将某种聚合物连接在碳纳米管上,竟然发生了美妙的颜色变化,这一发现让研究变色龙材料方面受到了新的启发,开始在试验中将聚二炔等高分子聚合物与碳纳米管连接。
之后,通过化学反应或物理作用把聚二炔连接到碳纳米管表面,从而制备出具有良好导电性能的聚二炔/碳纳米管复合纤维。实验显示,当加载超过临界值的电流时,该复合纤维在两秒钟内就可以发生颜色变化;卸载电流后,该复合纤维的颜色又在两秒钟内恢复如前。该实验现象和变色龙的变色现象极为相似。
随着人类社会以及科技的进步,科学领域未解之谜的答案会逐渐走近人类,向人类招手。未来总有一天,我们会发现变色龙的变色原理,并将其运用到生活中来,方便人们的生活。
参考文献
[1]科学家发现迄今为止最小变色龙仅有指甲盖大小
[2]法新社年3月10日报道
[3]Teyssier,Jeremie;Saenko,SuzanneV.;vanderMarel,Dirk;Milinkovitch,MichelC.()."Photoniccrystalscauseactivecolourchangeinchameleons."NatureCommunications(6).
[4]NationalGeographic()TheColorfulLanguageofChameleons
[5]复旦研究人员造出变色龙纤维
戴宜捷赞赏