Отражатели или зеркала для животных важны для выживания многих видов животных и, в некоторых случаях, были скопированы инженерами, разрабатывающими фотонные кристаллы . Примерами являются чешуя серебристой рыбы и тапетум люцидум, который вызывает блеск глаз у собак и кошек, использующих склеру. Все эти отражатели работают за счет интерференции света в многослойных структурах с размерами меньше длины волны, поэтому их можно отнести к фотонным кристаллам. Другие фотонные кристаллы животных эволюционировали, чтобы отражать узкие спектры, создавая окраску животных .
Функции светоотражателей [ править ]
Камуфляж [ править ]
Чешуя серебристой рыбы, отражая свет с бока, затрудняет обнаружение хищником, потому что отраженный свет подобен падающему свету в отсутствие добычи (рис. 1).
Фокусирующий свет [ править ]
Глаза некоторых двустворчатых моллюсков, таких как гребешок (Pecten), используют вогнутое зеркало argentea в задней части глаза для создания изображения на сетчатке. У глубоководного остракода Gigantocypris глаза с параболическими отражателями. В сложных глазах длиннотелых десятиногих ракообразных, таких как креветки и омары, используются зеркала в квадратных коробках [1]
Повышение чувствительности сетчатки [ править ]
У большинства ночных позвоночных за сетчаткой есть светоотражающий тапетум , который дает « блеск для глаз », наблюдаемый у кошек и собак. Входящие фотоны, которые не поглощаются фоторецепторами, отражаются обратно, увеличивая их шансы на поглощение и генерирование нервных сигналов.
Механизмы отражения [ править ]
Шульце в 1872 году безоговорочно заявил, что отражение от многослойной структуры тапеты Carnivora является помехой. [4] Рэлей (1887 г.) упоминает, что отражатель, состоящий из набора тонких прозрачных слоев, будет отражать сильнее, чем один слой [5], но только в 1917 г. он опубликовал математический анализ. [6] Многослойные отражатели были сконструированы инженерами в 1950-х годах (см. Диэлектрическое зеркало ), а в 1966 году MF Land опубликовал полный анализ отражателя для животных, который включал электронную микроскопию, оптические измерения и четкое объяснение теории [7].
Отражатели с одномерной многослойной структурой [ править ]
Многослойные отражатели животных работают так же, как искусственное диэлектрическое зеркало (или зеркало Брэгга), состоящее из чередующихся слоев с высоким и низким показателем преломления, причем толщина каждого слоя составляет 1/4 длины волны, наиболее сильно отражаемой. [8] Чтобы отражать широкий диапазон длин волн, расстояние должно варьироваться в зависимости от толщины пакета. [9] Отражатели, состоящие из чередующихся слоев плоских кристаллов гуанина (показатель преломления, n = 1,83) и цитоплазмы (n ≈ 1,33), независимо эволюционировали в чешуе рыб и в тапете глаз эластожаберных (Gur 2017). Тапетум кустарника Galago crassicaudatus имеет аналогичную структуру, но с кристаллами рибофлавина (n = 1,73).
Отражатели с двухмерной структурой [ править ]
Тапетума из плотоядных (кошки, собаки, львы и т.д.) содержит удивительно регулярные массивы rodlets, и отражает свет от плоскостей решетки по закону Брэгга (фиг. 2А). Каждая область стержней имеет различное расстояние и отражает другой цвет от основной плоскости (показанной горизонтально на рис. 2В), поэтому при почти параллельном освещении видны пятна разных цветов (рис. 1С). Поскольку плоскости решетки расположены под разными углами наклона, тапетум в целом отражает диффузно и почти не переливается.
Ссылки [ править ]
- ^ Land, MF (2000) Глаза с зеркальной оптикой. Журнал оптики A - Чистая и прикладная оптика 2 (6) R44-R50.
- ^ Педлер, С. (1963). Тонкая структура тапетума целлюлозного. Expl Eye Res. 2,189-19
- ^ Коулз, JA (1971) Некоторые отражающие свойства тапетума lucidum кошачьего глаза. J. Physiol. (Lond.), 212, 393-409.
- ^ Шульце, М. (1872). Uber das Tapetum in der Choriodes des Auges der Raubthiere. Sitzungsberichte der niederrheinischen Gesellschaft für Natur- und Heilkunde, 29, 215–216.
- ^ Рэлей, третий барон (1887) XVII в. О поддержании колебаний силами удвоенной частоты и о распространении волн в среде, наделенной периодической структурой. Фил. Mag. Серия 5, vol.24 № 147, 145-159, DOI : 10,1080 / 14786448708628074 .
- ^ Рэлей, третий барон (1917). Об отражении света от регулярно стратифицированной среды. Proc. R. Soc. А, 93, 565-577.
- ^ Лэнд, MF (1966) Многослойный интерференционный отражатель в глазу гребешка. J. Exp. Биол. 45, 433-447.
- ^ Huxley, AF (1968) Теоретическое рассмотрение отражения света многослойными структурами. J. Exp. Биол. 48 (2) 227-245.
- ^ Земля, MF (1972) Физика и биология отражателей животных. Прог. Биофиз. Мол. Биол. 24, 75-106.
