קסם ההיעלמות של ספיר הים

יצורים ימיים זעירים המכונים 'ספיר הים' (Sapphirinidae), מסוגלים לבצע 'קסם' מהסוג האהוב על קוסמים אנושיים: בעודם שוחים, הם מציגים גוונים מזהירים ומלאי הוד של כחול, סגול או ירוק, וברגע הבא הם יכולים להפוך לבלתי-נראים - פחות הכחולים שביניהם הופכים לשקופים לחלוטין.

כיצד הם מקבלים את הצבעים הזוהרים שלהם ומה מאפשר להם "להיעלם"? מדעני מכון ויצמן למדע הצליחו באחרונה לפתור את התעלומה. ממצאי המחקר, אשר פורסמו בכתב-העת של האגודה האמריקאית לכימיה (Journal of the American Chemical Society), יכולים לעורר השראה לפיתוח טכנולוגיות אופטיות עתידיות.

» רוצים לקבל עדכונים נוספים? הצטרפו אלינו לפייסבוק

ספירי הים משתייכים לתת-מחלקה של סרטנאים שכינויים שטרגליים; והם חיים במים מתוקים ומלוחים כאחד. בעלי-חיים אלה נראים אך בקושי לעין אדם, ואורכם נע בין מילימטר אחד למילימטרים אחדים. ספיר הים הזכר הוא זה אשר מפגין צבעים מרשימים ומזהירים, בעוד הנקבה שקופה. מדענים סבורים ש"קסם ההיעלמות" שלהם יכול לסייע לספיר הים לחמוק מטורפים בעת הצורך, אך עדיין להפגין את צבעיהם המרשימים כאשר נקבה מבני מינם, או ייתכן גם זכר אחר, נמצאים בסמוך אליהם.

צוות חוקרים ממכון ויצמן למדע ומהמכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת בחן את הרכב השכבה הגבישית בגביהם של ספירי ים זכריים מכמה מינים. בתחילה נמדד החלק היחסי של עוצמת האור החוזר מהמשטח מתוך זה הפוגע בו, שבאמצעותו אפשר לקבוע את הצבע, ולאחר מכן, באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק בטמפרטורות נמוכות, צפו החוקרים בדרך התארגנותם של הגבישים יחד עם החומר התאי המחזיק אותם במקומם. צבעים אלה נובעים מזוהר המשטח בטווח צבעי הקשת - תוצאה של אור המוחזר ממבנים מחזוריים רב-שכבתיים. מדובר בסוג של מבנה הידוע למדענים כגביש פוטוני, המורכב מגבישים דקים ושקופים של גואנין - אחת מחומצות הגרעין המצויות בדי-אן-אי.

המדענים מצאו כי לוחות הגואנין בספירי הים מסודרים במערכים מחזוריים מדויקים להפליא. מה מקנה לכל מין את צבעו הייחודי? באמצעות אנליזה נחשף כי הגורם העיקרי הקובע האם ספיר הים יהיה צהוב, כחול או סגול הוא מידת הריווח בין לוחות הגואנין, הנשלטת על-ידי השכבה הדקה של החומר התאי המפרידה בין הלוחות.

המדענים אף הראו כיצד סידור מורכב זה של לוחות גואנין מאפשר לכמה ספירי ים להיעלם מהעין: כאשר מינים מסוימים של ספירי ים זכריים מסובבים את גבם אל האור בזווית של 45 מעלות בעודם מבצעים תמרון שחייה ספירלי, אורך הגל של האור המוחזר מוסח אל מחוץ לטווח אורכי הגל של האור הנראה לעין, ועובר אל טווח אורכי הגל של קרינה על-סגולה שאינה נראית. לעומת זאת, אור הפוגע בזווית ישרה מחזיר את הצבע הכחול היפה.

באור המצוי במעמקי האוקיינוס, המגיע מלמעלה, ספיר הים הזעיר מסוגל לשלוט במידת הנראות שלו, מצבע זוהר לשקיפות ואי-נראות מוחלטת, פשוט באמצעות כוונון "הגה הכיוון" שלו.

הריווח בין הלוחות משמש כסוג של "כוונון" של אורך הגל של האור ולכן גם של צבעו של בעלי-החיים: ככל שהלוחות קרובים אלה לאלה, כך אורך הגל המוחזר מהם קצר יותר, כלומר, אור כחול יותר. אסטרטגיה מתוחכמת זו לשליטה באור, אומרים המדענים, תוכל אולי, בעתיד, לשמש לתכנון מבנים גבישיים פוטוניים מלאכותיים, שיוכלו לשלוט בזרימת הפוטונים. לגבישים כאלה עשויים להיות שימושים רבים, ובהם ציפויים מחזירי אור מסתגלים או הניתנים לשינוי, מראות אופטיות וצגים אופטיים.

בצוות המחקר השתתפו פרופ' ליאה אדדי, פרופ' סטיב וויינר, ותלמידי המחקר דביר גור ומריה פיירנטוני מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע; פרופ' דן אורון ותלמיד המחקר בן לשם מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע; וד"ר ויויאנה פרסטיי מהמכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת