Морская мышь (лат. Aphrodita aculeata)

Морская мышь (лат. Aphrodita aculeata)

На фотографии — морской многощетинковый червь Aphrodita aculeata, или морская мышь. Родовое название присвоил этим червям в 1758 году Карл Линней — в честь древнегреческой богини любви Афродиты. А слово aculeata в переводе с латинского означает «колючая, покрытая колючками». Эти животные обитают в Средиземном море и Северной Атлантике, а также у берегов Аляски. Они любят рыться в мягких грунтах в поисках животных и растительных остатков, а также охотятся на мелких беспозвоночных. Типичный размер морской мыши 7,5–15 сантиметров, но некоторые достигают и тридцати.

Бока афродиты покрыты тонкими войлокоподобными и более толстыми, напоминающими иглы, щетинками, которые меняют цвет в зависимости от угла падения света. Причем толстые щетинки наиболее эффективно отражают красную и синюю части спектра, а тонкие — желтую, синюю и зеленую. Такое избирательное отражение определенных спектров — характерное свойство фотонного кристалла, материала, структура которого характеризуется периодическим изменением коэффициента преломления. У него есть разрешенные и запрещенные зоны для энергий фотонов: если на фотонный кристалл падает фотон с энергией, которая соответствует запрещенной зоне, то этот фотон не может распространяться в этом фотонном кристалле и отражается обратно. И наоборот, фотон с энергией, соответствующей разрешенной зоне, может распространяться в данном фотонном кристалле. Получается такой оптический фильтр, который отражает одну часть спектра, но пропускает другую.

Отражение света щетинкой морской мыши при различных углах падения лучей. Фото из статьи R. C. McPhedran et al., 2001. The Sea Mouse and the Photonic Crystal

Окраска, которая формируется не за счет пигментов, а благодаря физическим свойствам поверхностей, определенным образом преломляющих свет, называется структурной. Щетинкам морской мыши структурную окраску (как и свойства фотонного кристалла) придает их строение, напоминающее дифракционную решетку: щетинки пронизаны многочисленными микроскопическими продольными каналами, образующими упорядоченную структуру. Каждый канал окружают шесть соседних каналов, получается такая «гексагональная упаковка». Толстые щетинки морской мыши, в отличие от тонких, полые внутри, но структура и свойства их поверхностей в целом похожи.

Микроструктура толстой щетинки морской мыши под сканирующим электронным микроскопом: (a) — стенка щетинки на поперечном срезе, (b) — микроскопические каналы на поперечном срезе щетинки крупным планом, (c) — микроскопические каналы на продольном срезе щетинки. Фото из статьи F. Mumm et al., 2010. A bio-originated porous template for the fabrication of very long, inorganic nanotubes and nanowires

Для чего морские мыши обзавелись фотонными кристаллами, неизвестно. Есть версия, что структура щетинок афродит помогает снизить сопротивление песка и ила при зарывании в субстрат, а оптические свойства — всего лишь побочный эффект. В любом случае такое изящное в своей простоте изобретение природы может помочь людям при создании микроструктурированных оптических волокон, позволяющих, к примеру, преобразовывать частоты лазерных импульсов в широком диапазоне или служить лекалом при изготовлении нанопроводов и нанотрубок.