W przyrodzie kolory stanowią jeden z podstawowych sygnałów wykorzystywanych w międzyosobniczej komunikacji. Mechanizmy ich powstawania i regulowania natężenia barwy ptasich piór próbują rozwikłać naukowcy z UJ.

Więcej o nauce?! Dołącz do profilu strony. www NAUKA.uj.edu.pl na Facebooku 

Funkcje koloru w naturze są bardzo różnorodne. Może on ostrzegać (jak w przypadku os, bajecznie ubarwionych żab - drzewołazów czy jadowitych węży); może sygnalizować rodzicom, jaka jest kondycja ich potomstwa i tym samym wskazywać, w które dzieci najlepiej zainwestować opiekę i zasoby; może służyć jako kamuflaż (np. zmienne kolory kameleona czy kałamarnic, kolory jaj kukułek dopasowujące się do jaj gospodarza, którego kukułka wykorzystuje); wreszcie kolor jest bardzo ważnym sygnałem jakości partnera: bardzo często jedna z płci (najczęściej samce) za pomocą koloru swojego ciała „reklamuje" swoją wartość, starając się zachęcić płeć przeciwną do kojarzenia.

Każdego roku wiodące czasopisma biologiczne publikują setki prac badających kolor i poszukujących funkcji, jakie pełni on w ekologii i zachowaniach zwierząt. Jest to obecnie jeden z najgorętszych tematów w biologii ewolucyjnej, w szczególności w badaniach biologii takich grup zwierząt jak ptaki czy motyle – gdzie kolor piór/skrzydeł wykazuje gigantyczną zmienność i bogactwo.

Ciekawe? Przeczytaj także: Modraszki, bogatki, szmaragdziki i piłodziób

Skąd się bierze kolor?

Patrząc na opublikowane wyniki badań można mieć wrażenie, że trudno w tej dziedzinie wymyślić coś nowego. A jednak – mimo ogromu wiedzy, jaki już zgromadzono na ten temat, wciąż stosunkowo niewiele wiemy o mechanizmach odpowiedzialnych za jego tworzenie. W przypadku większości cech kolorystycznych najczęściej jesteśmy w stanie sprecyzować, co odpowiada za wykształcanie się danej barwy. Zwykle kolor powstaje dzięki konkretnym barwnikom, które pochłaniają światło o określonym zabarwieniu, przepuszczając inne części widma światła białego – co odbieramy jako pojawienie się barwy. Wiemy na przykład, że większość żółtych, czerwonych i pomarańczowych odcieni powstaje poprzez umieszczanie w tkankach (np. w piórach, skórze czy ptasich dziobach) pokładów intensywnie zabarwionych substancji z grupy karotenoidów, blisko spokrewnionych z pomarańczowym karotenem zawartym w korzeniu marchwi, czy z żółtymi ksantofilami, które nadają kolor jesiennym liściom. Z kolei czarne, brązowe i czerwonobrązowe kolory jakie znamy z upierzenia np. bażantów, sów lub innych ptaków drapieżnych, to w głównej mierze osadzone w piórach drobinki feomelaniny (kolory czerwono-brązowe) oraz eumelaniny (kolory czarne) – dwóch złożonych pigmentów, nadających zabarwienie nie tylko ptasim piórom ale także sierści ssaków (a także ludzkim włosom oraz tęczówce oka).

Substancje produkujące kolor działają nie tylko jako barwniki. Wiele z nich pełni także inne ważne funkcje. Na przykład karotenoidy odgrywają istotną rolę w pracy układu odpornościowego, zwalczają też wolne rodniki, czyli agresywne formy tlenu uszkadzające tkanki. Pojawia się więc pytanie jak poszczególne osobniki radzą sobie z dzieleniem tych cennych substancji pomiędzy produkcję koloru i inwestowanie ich w inne, ważne funkcje?

„W Instytucie Nauk o Środowisku UJ rozpoczynamy właśnie nowatorski projekt badawczy (finansowany z grantu SONATA BIS), w którym postaramy się odpowiedzieć na te kwestie" – informuje dr Szymon Drobniak, zaangażowany w badania nad mechanizmami tworzenia koloru u ptaków. „Badanie koloru nie jest łatwe" – kontynuuje krakowski badacz – „nie możemy go oceniać >>na oko<<, ponieważ każdy człowiek ma nieco inną wrażliwość na określone barwy. Zamiast tego użyjemy spektrofotometru – specjalnego urządzenia pozwalającego precyzyjnie zmierzyć kolor dowolnego obiektu. Pozwoli to nam bardzo precyzyjnie określić odcień i nasycenie koloru piór dwóch modelowych gatunków ptaków, które wzięliśmy pod lupę – sikory modrej oraz wróbla". Samce wróbla posiadają kontrastowy, czarny śliniak, stanowiący sygnał ich jakości i pozycji w stadzie. Sikora z kolei wykształca pięknie ubarwione, jaskrawożółte pióra na piersi. Jak łatwo się domyślić – wróbel będzie w tych badaniach modelowym przykładem koloru opartego na melaninie. Dzięki analizę jego piór pod mikroskopem elektronowym będzie można bardzo dokładnie określić jak każdy osobnik reguluje kolor swojego śliniaka sterując rozmieszczeniem mikroskopijnych kuleczek barwnika – tzw. melanosomów – w poszczególnych warstwach pióra. Sikora reprezentuje z kolei model ubarwienia opartego na karotenoidach – pióra na jej piersi zabarwione są intensywnie żółtą luteiną, karotenoidem z grupy ksantofili, który sikory pozyskują ze zjadanych przez nie gąsienic motyli. Aby dokładnie określić drogę i losy karotenoidów spożywanych przez sikory naukowcy będą je karmić specjalnie spreparowanym pigmentem, zawierającym stabilne izotopy węgla. Dzięki temu będą  w stanie śledzić drogę takiego barwnika z krwi ptaka do jego piór w zależności od kondycji ptaka.

Co widzą widzący więcej?

Sikora modra to jednak nie tylko żółty kolor. Każdy, kto widział ją przy zimowym karmniku doskonale wie, ze sikorki mają także intensywnie zabarwione (choć nie żółte) pióra na głowie, skrzydłach i na ogonie. Mimo, że dla naszych ludzkich oczu pióra te wydają się pięknie szafirowo-niebieskie, ich kolor jest znacznie bardziej skomplikowany. Okazuje się, że niebieskie pióra sikor odbijają spore ilości promieniowania ultrafioletowego, niewidocznego dla naszych oczu. Są więc one nie tyle niebieskie, co niebiesko-ultrafioletowe! Ptaki są w stanie widzieć ten kolor, ponieważ posiadają w siatkówce swoich oczu dodatkowe receptory. Ludzie mają w swoich oczach 3 czopki odpowiedzialne za widzenie 3 podstawowych kolorów: czerwonego, zielono-żółtego i niebieskiego. Ptaki posiadają czwarty, dodatkowy receptor reagująco na promieniowanie fioletowe i ultrafioletowe – potrafią więc widzieć znacznie więcej kolorów niż ludzie.

To, co stanowi jednak prawdziwą tajemnicę, to sposób w jaki powstają te niebieskie i ultrafioletowe barwy ptaków. Nie wynikają one z obecności jakichkolwiek pigmentów – substancja, z której zbudowane są pióra sikor jest tak naprawdę biała. Ich kolor widziany przez nas powstaje dzięki załamywaniu się światła na gąbczastej strukturze pióra. Są to tzw. barwy strukturalne – znamy je doskonale nie tylko z ptasich piór, ale też np. z niebieskich i zielonych skrzydeł motyli. To czego nie wiemy, to sposób w jaki ptaki sterują tym kolorem i jego intensywnością w zależności od swojej kondycji. „Badając to zagadnienie wykorzystamy również mikroskopię elektronową" – podkreśla dr Dobniak.- „Dzięki powiększeniu nanostruktury pióra kilkaset tysięcy razy uda nam się wyodrębnić te jej elementy, które odpowiadają za widzianą przez nas (i mierzoną za pomocą spektrofotometru) zmienność w kolorze sikorzych piór".

Kto wie – być może w przyszłości, na bazie tych badań powstaną nowe generacje farb, odporne na wybielające działanie słońca? Materiały takie mogłyby zachowywać swój kolor znacznie dłużej, ponieważ nie wykorzystywałyby one nietrwałych pigmentów, a ich zasada działania opierałaby się na nanostrukturze samej farby. „W ten sposób moje coroczne podglądanie sikorek w szwedzkich lasach w dość nieoczekiwany sposób przełożyłoby się na codzienne zastosowania. Teraz jednak czas zacząć rozwikływać zagadkę ptasiego koloru – jak widać może ona być bardziej skomplikowana, niż nam się wydaje" – podsumowuje dr Drobniak.

Ciekawe? Przeczytaj także: Czy organizmy jednokomórkowe wiodą życie towarzyskie?