Борис Сергеев - Жизнь лесных дебрей
ПО СТРАНИЦАМ ЛЕСНОГО ЖУРНАЛА МОД
Лес необычайно богат красками. Чаще всего его неровная поверхность отливает самыми различными оттенками зеленого – от нежно-салатного до темно-оливкового, почти черного. Но иногда на этом фоне то там, то здесь вспениваются целые лесные озера и моря, закипая всеми мыслимыми цветами от белого и соломенно-желтого до пурпурно-фиолетового.
Под стать лесу и его обитатели. В других районах планеты не найдешь зверья, носящего так ярко окрашенные меховые манто и накидки. О птицах и бабочках не стоит и говорить. Их пристрастие к ярким одеждам общеизвестно, и они стараются придерживаться этой моды, где бы судьба ни заставила их обосноваться. Но особенно отъявленные франты чаще всего обитают именно в лесу. Вспомните колибри, райских птиц, попугаев. Соседи по лесу от них не отстают. Нигде в другом месте не найдешь таких изумительных жуков, так броско одетых лягушек, так щегольски наряженных змей.
Сейчас настало время продолжить разговор об электромагнитном излучении нашего дневного светила. Его спектр весьма широк: от гамма– и ультрафиолетовых лучей до инфракрасных лучей и радиоволн. Легче всего сквозь земную атмосферу проникают лучи с длинами волн 380—750 нанометров (миллимикрон). Их называют видимым светом. Без электромагнитных волн светового диапазона существование биосферы вряд ли возможно. Они обеспечивают живые организмы необходимой им энергией и раскрашивают мир в различные цвета.
Когда световые волны скопом пробьются сквозь атмосферу Земли и достигнут сетчатки наших глаз, у нас возникает ощущение белого света. Окрашенным внешний мир становится, лишь когда глаза получают только часть стандартного светового потока. Электромагнитные волны длиной 400 нанометров кажутся нам фиолетовыми, от 450 до 500 – синими, от 550 до 600 – желтыми, еще более длинные – оранжевыми, а самые длинные, порядка 700 нанометров, – красными. При смешении волн, имеющих разную длину, возникают новые цвета. Чтобы появилось ощущение желтого цвета, нужно смешать «красные» и «зеленые» лучи, а ощущение зеленого возникает при смешении синего и желтого. Цветовой эффект можно получить и путем вычитания из белого света волн определенного диапазона. Если пропустить солнечный свет через фильтр, способный задержать «синие» лучи, наблюдатель увидит все в желтом цвете, комплектарном синему.
Мир вокруг нас не потому кажется нам красочным, что окружающие предметы испускают световые лучи. Подавляющее большинство естественных и искусственных объектов лишь «зеркала», способные отражать, а не генерировать электромагнитные волны. Идеальные зеркала в природе встречаются редко. Чаще они отражают лишь лучи определенной длины волны, а остальные поглощают. Глаз воспринимает окраску предмета в полном соответствии с тем, какую часть световых волн он отражает.
У живых организмов функцию отражения и поглощения солнечных лучей выполняют особые химические вещества – пигменты. На русский язык это латинское слово можно перевести как «краска». Пигменты живых организмов правильнее назвать биохромами. Они обеспечивают течение физиологических процессов, в том числе перенос и депонирование кислорода и углекислого газа, играют важную роль в тканевом дыхании, в окислительно-восстановительных реакциях, а у растений – в фотосинтезе и участвуют в реализации других функций организма. С помощью биохромов животные приспосабливаются к жизни в различных экологических условиях. Для обитателей леса не последнюю роль играет использование их по прямому назначению в качестве пигментов, с помощью которых обеспечивается окраска верхней «одежды».
Жизнь в лесных дебрях требует особого «обмундирования» и экологически оправданных способов его приобретения, а наличие «спецодежды» диктует ее владельцам экологически обусловленные формы поведения. «Мода» на одежду и способы ее приобретения – обширнейший раздел экологической физиологии. У жителей каждого ландшафтного региона Земли свой стиль.
РАЗОЧАРОВАНИЕ КЛЕМЕНСА ПЕТТЕНКОФЕРА
Мир красок – вотчина живописцев. Они издавна учатся у природы и соревнуются о ней. Среди мастеров кисти выдающийся русский художник Куинджи прославился непревзойденным умением передавать эффекты лунного и солнечного освещения. В своих знаменитых картинах «Ночь на Днепре», «Украинская ночь», «Березовая роща», «После грозы» и других он добивался полной иллюзии освещенности. Кому хоть раз довелось увидеть эти картины, хранящиеся в Русском музее Ленинграда и в Третьяковской галерее в Москве, никогда не забудет производимого ими впечатления.
Трудно поставить кого-нибудь из художников в один ряд с Куинджи. Кажется, что на его картинах луна, лунная дорожка на воде, белые стены украинских хаток, освещенные последними лучами солнечного заката, светятся собственным светом. А он добивался такого впечатления с помощью, в общем-то, самых обыденных красок. В его время еще не были изобретены люминесцентные красители, да он вряд ли захотел бы ими воспользоваться.
А между тем проблема ярких, а то и светящихся красок давно занимала умы людей. Многие ученые и художники трудились над их созданием, и большинство потерпело фиаско. В их числе немецкий химик Клеменс Петтенкофер. Он не был особенно талантливым исследователем, но имел, как говорится, «хорошие руки» и ни с чем не сравнимое упорство. Оно и сыграло с самоотверженным тружеником злую шутку.
Начало исследованиям положил случай. Петтенкофер зарабатывал на жизнь, извлекая из даров тропического леса редкие эфирные масла и другие ценные химические продукты. Сырье для работы он закупал сам, так было дешевле, для чего несколько раз в год приезжал в Гамбург. В один из очередных вояжей он увидел на палубе только что ошвартовавшегося судна ворох вынесенных для просушки шкурок тропических птиц. В те годы в Европе было принято украшать птичьими перьями шляпы и другие предметы дамского туалета. Больше всего его поразило оперение некоторых колибри, переливающееся всеми оттенками синего цвета. У него сразу зародилась мысль извлечь из птичьих перьев пигменты и создать на их основе необыкновенно яркие краски.
Двадцать лет настойчивый ученый сдирал бородки с птичьих перьев, растирал их в ступках, обрабатывал кислотами и щелочами, выдерживал в спиртах и эфирах, кипятил в различных жидкостях, по так и не сумел извлечь из них ни грамма синего пигмента. Теперь мы знаем, что биохромов подобных оттенков животные нашей планеты не имеют и Петтенкофер совершенно зря отдал этому бесперспективному занятию треть своей жизни.
Биохромы содержатся в перьях и в волосах, а на незащищенных участках тела или у существ, не пользующихся «одеждой», прямо в коже. Они вырабатываются в специальных пигментных клетках – хроматофорах, находящихся в наружных покровах тела, и отсюда проникают в перья и шерсть, окрашивая их.
Наиболее обычным и распространенным является черный пигмент – меланин и его разновидность феомеланин. Он желтый или оранжево-красный. Пигментные клетки, носители меланина, получили название меланофоров. Они бывают двух типов. Топкие, удлиненные клетки, расположенные в самых верхних слоях кожи, создают постоянную окраску тела и снабжают пигментом волосы и перья. Меланофоры более глубоких слоев кожи – очень крупные клетки размером до 0,5 миллиметра. Они позволяют животным произвольно менять свою окраску.
Следующий тип пигментных клеток —ксантофоры и эритрофоры содержат каротиноиды и птерины соответственно желтого или красного цвета. Вот насколько скудна исходная палитра животных нашей планеты, и тем не менее они рядятся в яркие одежды, используя всю гамму цветов и оттенков. Как они этого добиваются, я расскажу несколько позже, а сейчас придется снова вернуться к физике света.
Для начала обновим в памяти, как возникает радуга и какие пигменты окрашивают наше небо в ясные солнечные дни. Почему черная бездна космоса со дна воздушного океана кажется нам голубой? Безусловно, в небе нашей планеты нет никаких красителей. Радугой небо украшают прозрачные, а значит, и бесцветные капельки воды, обладающие способностью изменять направление солнечных лучей.
Проведем несложный опыт. Воткните в песчаное дно пруда прямой прут и отойдите чуть в сторону. А теперь внимательно приглядитесь к тому, что получилось. Оказывается, что, с какой стороны ни рассматривать прут, непременно создается иллюзия, что он надломлен по линии, разделяющей воду и воздух. Этот оптический обман происходит из-за преломления, иными словами, благодаря изменению направления световых лучей на границе воздух – вода.
Люди – сухопутные существа, и наш мозг в обыденной жизни практически не сталкивается с анализом информации, приносимой световыми лучами, внезапно меняющими свое направление. Поэтому объекты, погруженные в воду, кажутся нам расположенными не там, где они действительно находятся, а в том месте, откуда был должен начать свое движение световой луч, несущий о них информацию.
