סוד הצבעוניוּת של חשופיוֹת הים

חשופיות הים, שהן חלזונות ים חסרי קונכיה (Nudibranchia), הן בין החיות הצבעוניות ביותר באוקיינוס. הן מעוטרות בגוונים עזים – כחול עמוק, סגול, כתום לוהט ולבן זוהר – ובדוגמאות מגוונות. עד לאחרונה הניחו מדענים שהצבעים האלה מקורם בעיקר בפיגמנטים, חומרים כימיים שסופגים חלק מאורכי הגל של האור ומחזירים אחרים. כעת, מחקר שפורסם בכתב העת המדעי PNAS מצא שרוב הצבעוניות נוצרת דווקא על ידי גבישים זעירים של גואנין, אותה מולקולה שמוכרת לנו מבסיסי ה-DNA. הגבישים מסודרים בערימות קטנטנות בעור החשופית, וכל ערימה מחזירה אור בגוון מסוים. כשמביטים מרחוק, הגוונים שמוחזרים מאלפי ערימות סמוכות מתמזגים במוחנו לצבע אחיד, כפי שנקודות הצבע הזעירות על מסך הטלוויזיה מתמזגות לתמונה שלמה.

שתי דרכים לצבע

צבעיהם של חיידקים, צמחים ובעלי חיים נוצרים בשתי דרכים. הדרך הראשונה היא הפיגמנטים,  מולקולות שבולעת חלק מהאור ומחזירות את השאר. הדרך השנייה, הידועה פחות, היא צבע מבני (פיזיקלי): מבנים זעירים על פני השטח של החומר שמפזרים ומחזירים אור באופן סלקטיבי, כך שהעין קולטת גוון מסוים. כך נוצר צבע הנוצות המבריקות של הטווס, הצבע המבהיק של קשקשי הפרפר ואפילו הצבעים על קרום בועת הסבון.

ההבדל בין השיטות לא מסתכם באסתטיקה. צבע מבני הוא לרוב מבריק, והוא משתנה בהתאם לזווית התצפית וכיוון השמש (Iridescence) – תוכלו להבחין בכך אם תסתכלו למשל על נוצות הצוואר הבוהקות של יונים, שמשנות גוון כשהיונה זזה. אבל הצבעוניות של חשופיות הים נראית שטוחה, כמו גימור מאט (matte), לא מבריק, והיא משתנה רק מעט עם שינוי זווית המבט – תכונה שבדרך כלל יש לפיגמנטים. איך זה קורה?

צבעים לכל הכיוונים

צוות חוקרים ממכון מקס פלאנק בגרמניה בחן שישה מינים של חשופיות ים, ביניהם מין ורוד-סגול (Hypselodoris bullockii) ומין כחול (Chromodoris annae). החוקרים השתמשו בשילוב של מיקרוסקופ אלקטרונים, ספקטרוסקופיית ראמאן שבה בוחנים את פיזור האור מהרקמה ודימות תלת-ממדי (cryo-FIB SEM). הם חתכו רקמה לפרוסות בעובי של כעשרים ננומטר בלבד וצילמו אותה, וכך עשו שוב ושוב – קצת כמו לפרוס ירק לפרוסות. כל פרוסה הפכה לחלק מהשחזור התלת-ממדי, וכך הם פענחו את המבנה התלת-ממדי המלא של מקור הצבע בעור החשופית.

בכל אזור צבעוני יש מקבצים קטנים של גבישי גואנין שטוחים וערוכים זה על גבי זה. כל ערימה כזו, ברוחב של מיקרונים בודדים, מחזירה אור בגוון מסוים, לפי עובי הגבישים והמרחק ביניהם. החוקרים כינו כל ערימה כזו פיקסל, בהשראת הצגים הדיגיטליים שבהם תמונה נבנית מאלפי נקודות צבע קטנות שאנחנו רואים בתור רצף אחיד. החוקרים מצאו שכשמשנים את סידור הלוחיות בתוך הערימה, מבחינת המרחק בין הלוחיות או הגודל שלהן, הגוון משתנה. הערימות בכל אזור דומות מאוד זו לזו, אבל נחות בזוויות שונות באופן כמעט אקראי ופונות לכל הכיוונים, וכך מכל נקודת מבט יש ערימות שמחזירות אל הצופה את אותו גוון. מכיוון שלא כל הערימות מסודרות באותה זווית, האור מוחזר מזוויות שונות והאפקט המתקבל הוא לא של צבע מבריק כמו אצל כנפי הפרפר, אלא שטוח ועמום יותר.

סרטון שמראה את הצבע הפיזיקלי הכחול של חשופית מתחת למיקרוסקופ (מתוך המאמר):

מֵעֵבֶר ליופי

מעבר להבנת הכימיה שבעור החשופיות, למחקר יש גם השלכה אבולוציונית. חשופיות ים רבות הן רעילות או בעלות טעם שדוחה טורפים, בזכות הרגל חריג: הן גונבות את מערכת ההגנה של הטרף שלהן. חלק מהמינים, וביניהם אחד המינים שנבדקו במחקר (Berghia stephanieae), טורפים שושנות ים, סופגים את תאי העקיצה שלהן אל תוך גופם בלי שהתאים האלה יפעלו, ומשתמשים בהם בתור נשק הגנתי. מינים אחרים (וביניהם Chromodoris annae) טורפים ספוגים וצוברים בגופם את הכימיקלים הרעילים שלהם. 

הצבעוניות של חשופיות הים משמשת אזהרה לטורפים, שיודעים להתרחק מצבעים חדים ובוהקים.  אצל רוב בעלי החיים שמשתמשים בצבעים פיזיקליים בוהקים, הבוהק הצבעוני תלוי בזווית הצפייה. אך זה לא יעיל במיוחד כצבעי אזהרה: מזוויות מסוימות הצבעוניות והבוהק לא ייראו, בעל החיים הצבעוני עלול להיטרף. אם יש רק צבעוניות בלי בוהק, היא נראית כמעט מכל זווית שממנה עשוי להביט הטורף, והסיכוי לטריפה יקטן. נראה שצבע אחיד, שנראה דומה מכל כיוון, גם אם הוא לא בוהק אלא עמום, שרד בברירה הטבעית מכיוון שהוא מגן טוב יותר על חשופית הים.

עם זאת, החוקרים מדגישים שהמחקר רק בתחילתו: המנגנון נבדק אצל שישה מינים בלבד מתוך אלפי המינים הידועים של חשופיות הים, ולא ברור עדיין אם היכולת הזו התפתחה פעם אחת אצל אב קדמון משותף או שהופיעה שוב ושוב אצל כמה מינים באבולוציה מתכנסת. 

לצד מענה לשאלות המדעיות, ייתכן שמחקרים עתידיים יוכלו לשאוב מהחשופיות השראה הנדסית וינסו, למשל, לפתח צבעים ידידותיים לסביבה שמבוססים על מבנה ולא על כימיה. הדרך מהמעבדה הימית לתעשייה עוד ארוכה, אך בסופה אולי מחכים לנו צבעים חדשים ומלהיבים.