Zvířecí reflektory - Animal reflectors
Zvířecí reflektory nebo zrcadla jsou důležitá pro přežití mnoha druhů zvířat a v některých případech byla napodobena inženýry vyvíjejícími fotonické krystaly. Příkladem jsou váhy stříbřitých ryb a tapetum lucidum který způsobí oči psů a koček používajících skléru. Všechny tyto reflektory pracují interferencí světla ve vícevrstvých strukturách s rozměry menšími než vlnová délka, takže je lze klasifikovat jako fotonické krystaly. Další živočišné fotonické krystaly se vyvinuly tak, aby odrážely úzká spektra a produkovaly zvířecí zbarvení.
Funkce zvířecích reflektorů
Maskovat
Váhy stříbřitých ryb odrazem světla z boku ztěžují detekci dravcem, protože odražené světlo je podobné dopadajícímu světlu v nepřítomnosti kořisti (obr. 1).
Zaostřování světla
Oči některých mlžů, jako je hřebenatka (Pecten), používají konkávní zrcadlo, argentea, v zadní části oka, aby vytvořily obraz na sítnici. Hlubinný ostracod Gigantocypris má oči s parabolickými reflektory. Složené oči korýšů s dlouhým tělem, jako jsou krevety a humři, používají zrcadla ve čtvercových krabicích [1]
Zvyšování citlivosti sítnice
Většina nočních obratlovců má odraz tapetum lucidum za sítnicí, která produkujeoči 'vidět u koček a psů. Příchozí fotony, které nejsou absorbovány fotoreceptory, se odrážejí zpět, čímž se zvyšuje jejich šance na absorpci a generují se nervové signály.
Mechanismy odrazu
Schultze v roce 1872 bez výhrad uvedl, že odraz od vícevrstvé struktury tapety Carnivory je interferencí.[4] Rayleigh (1887) uvádí, že reflektor složený ze stohu tenkých průhledných vrstev bude odrážet silněji než jedna vrstva,[5] ale až v roce 1917 publikoval matematickou analýzu.[6] Vícevrstvé reflektory byly konstruovány inženýry v padesátých letech (viz dielektrické zrcadlo ) a v roce 1966 M.F. Land publikoval úplnou analýzu zvířecího reflektoru, která zahrnovala elektronovou mikroskopii, optická měření a jasné vysvětlení teorie [7]
Reflektory s jednorozměrnou vícevrstvou strukturou
Vícevrstvé reflektory pro zvířata fungují stejně jako umělé dielektrické zrcadlo (nebo Braggovo zrcadlo) složené ze střídajících se vrstev vysokého a nízkého indexu lomu, přičemž tloušťka každé vrstvy je 1/4 vlnové délky, která se nejsilněji odráží.[8] Aby se odráželo široké spektrum vlnových délek, musí se rozteč měnit v závislosti na tloušťce stohu.[9] Reflektory vyrobené ze střídajících se vrstev plochých krystalů guaninu (index lomu, n = 1,83) a cytoplazmy (n ≈ 1,33) se vyvinuly nezávisle na rybích šupinách a v tapetě očí elasmobranch (Gur 2017). Tapetum keřů, Galago crassicaudatus, má podobnou strukturu, ale s krystaly riboflavinu (n = 1,73).
Reflektory s dvourozměrnou strukturou
The tapetum z Carnivora (kočky, psi, lvi atd.) obsahuje pozoruhodně pravidelná pole tyčinek a odráží světlo z rovin mřížky Braggův zákon (Obr. 2A). Každá doména hlodavců má jiný rozestup a odráží jinou barvu od hlavní roviny (vodorovně znázorněná na obr. 2B), takže při téměř paralelním osvětlení jsou vidět skvrny různých barev (obr. 1C). Protože existují mřížkové roviny s mnoha sklony, tapetum jako celek odráží rozptýleně a je stěží duhové.
Reference
- ^ Land, M.F. (2000) Oči se zrcadlovou optikou. Journal of Optics A - Pure and Applied Optics 2 (6) R44-R50.
- ^ Pedler, C. (1963). Jemná struktura tapetum cellulosum. Expl Eye Res. 2,189-19
- ^ Coles, J.A. (1971) Některé reflexní vlastnosti tapetum lucidum kočičího oka. J. Physiol. (Lond.), 212, 393-409
- ^ Schultze, M. (1872). Uber das Tapetum in der Choriodes des Auges der Raubthiere. Sitzungsberichte der niederrheinischen Gesellschaft für Natur- und Heilkunde, 29, 215-216.
- ^ Rayleigh, 3. baron (1887) XVII. O udržování vibrací silami s dvojnásobnou frekvencí a o šíření vln prostředím obdařeným periodickou strukturou. Phil. Mag. Series 5, vol.24 No.147, 145-159, doi:10.1080/14786448708628074.
- ^ Rayleigh, 3. baron (1917). Na odraz světla z pravidelně stratifikovaného média. Proc. R. Soc. A, 93. 565-577.
- ^ Land, M.F. (1966) Vícevrstvý interferenční reflektor v oku hřebenatky. J. Exp. Biol. 45, 433-447.
- ^ Huxley, A.F. (1968) Teoretické zpracování reflexe světla vícevrstvými strukturami. J. Exp. Biol. 48 (2) 227-245.
- ^ Land, M.F. (1972) Fyzika a biologie zvířecích reflektorů. Prog. Biophys. Mol. Biol. 24, 75-106.