О чём наш канал?
Так как недавно на нас подписалось много новых людей, рассказываем, кто мы и о чём пишем.
Это канал научной лаборатории в НГУ, которая занимается биофотоникой. Мы ведём научные исследования, прикладные разработки, а ещё интересуемся всем, что связано с взаимодействием света и живых объектов. Пишем о разном:
- Научно-образовательные посты по теме биофотоники. Например, как устроены глаза стрекозы, почему у снегиря красная грудка, о фотонных кристаллах в крыльях бабочек. Можно найти по хэштегу #образовательное
- Фото и видео наших экспериментов в лаборатории - это бывает очень красиво. #эксперименты
- Рассказываем о своих разработках, в том числе о приборе для мониторинга культур клеток
- Новости лаборатории, поездки на #конференции, #мероприятия, рассказываем, как учёные (т.е. мы) отдыхают (#люди #праздники)
Так как недавно на нас подписалось много новых людей, рассказываем, кто мы и о чём пишем.
Это канал научной лаборатории в НГУ, которая занимается биофотоникой. Мы ведём научные исследования, прикладные разработки, а ещё интересуемся всем, что связано с взаимодействием света и живых объектов. Пишем о разном:
- Научно-образовательные посты по теме биофотоники. Например, как устроены глаза стрекозы, почему у снегиря красная грудка, о фотонных кристаллах в крыльях бабочек. Можно найти по хэштегу #образовательное
- Фото и видео наших экспериментов в лаборатории - это бывает очень красиво. #эксперименты
- Рассказываем о своих разработках, в том числе о приборе для мониторинга культур клеток
- Новости лаборатории, поездки на #конференции, #мероприятия, рассказываем, как учёные (т.е. мы) отдыхают (#люди #праздники)
Telegram
Biophotonics NSU
Время красивой фотографии. Флуоресценция порфирина (красное свечение) под действием фиолетового света. Порфирин - большой класс веществ, они очень хорошо поглощают около 420 нм. Ещё они накапливаются в опухолях, и при операциях используют явление флуоресценции…
Существует ли синяя птица?
Говорят, увидеть синюю птицу так же трудно, как найти счастье. Ловите фото синих птиц - это индиговый овсянковый кардинал, Стеллерова голубая сойка и голубая сиалия. Но... синие ли они по-настоящему? 😕
There is No Such Thing as a Blue Bird 😱 - утверждает National Geographic. Дело в том, что обычно птицы получают свой цвет благодаря пигментам из пищи (вспомните пример красной грудки снегиря). Но синие пигменты разрушаются в процессе переваривания. Ни один вид птиц не может получить синий цвет из пигмента.
Синий цвет возникает в результате взаимодействия света с наноразмерными структурами в перьях птиц. Чаще всего это губчатые структуры, в которых плотные гранулы чередуются с воздухом, как показано на 4й картинке (взята из этой статьи). Интерференция света в такой структуре приводит к тому, что она отражает только синий цвет, причём во всех направлениях. А остальные цвета не отражаются из-за деструктивной интерференции 🤔
Это один из примеров структурной окраски, про которую мы уже рассказывали - например, у бабочек тоже есть фотонные кристаллы. У птиц структуры не такие упорядоченные, поэтому кристаллами их не назовёшь - но принцип похожий.
#образовательное
Говорят, увидеть синюю птицу так же трудно, как найти счастье. Ловите фото синих птиц - это индиговый овсянковый кардинал, Стеллерова голубая сойка и голубая сиалия. Но... синие ли они по-настоящему? 😕
There is No Such Thing as a Blue Bird 😱 - утверждает National Geographic. Дело в том, что обычно птицы получают свой цвет благодаря пигментам из пищи (вспомните пример красной грудки снегиря). Но синие пигменты разрушаются в процессе переваривания. Ни один вид птиц не может получить синий цвет из пигмента.
Синий цвет возникает в результате взаимодействия света с наноразмерными структурами в перьях птиц. Чаще всего это губчатые структуры, в которых плотные гранулы чередуются с воздухом, как показано на 4й картинке (взята из этой статьи). Интерференция света в такой структуре приводит к тому, что она отражает только синий цвет, причём во всех направлениях. А остальные цвета не отражаются из-за деструктивной интерференции 🤔
Это один из примеров структурной окраски, про которую мы уже рассказывали - например, у бабочек тоже есть фотонные кристаллы. У птиц структуры не такие упорядоченные, поэтому кристаллами их не назовёшь - но принцип похожий.
#образовательное
Животные часто стараются быть яркими для поиска пары. Например, у птиц самцы часто имеют яркую окраску, в отличие от самок. Но есть и обратная сторона: это привлекает хищников. Оказывается, некоторые самцы рыб решают эту проблему, соблазняя самок секретными сигналами, которые хищники не видят.
На картинке, казалось бы, ничем не примечательная рыбка – меченосец Xiphophorus nigrensis. Самцы этих рыбок, хотя и не имеют видимой окраски, весьма ярко отражают ультрафиолетовое излучение. Это привлекает самок, а вот главная угроза меченосцев, хищная рыбка Astyanax mexicanus, не видит ультрафиолет. Так что общение проходит по защищённому каналу. Статья об этом так и называется – «A private ultraviolet channel in visual communication».
Но это ещё не вся правда! В новой статье «Polarization signaling in swordtails alters female mate preference» учёные выяснили, что при отражении от разных частей рыбки степень поляризации света различная. Они измеряли степень линейной поляризации (degree of linear polarization, DOLP) и получили изображение, показанное на картинке. Затем выяснилось, что самки предпочитают самцов, у которых поляризационный орнамент имеет больший контраст. И разумеется, для хищников эта информация тоже недоступна. Вот такие хитрые эти меченосцы.
Напишите в комментариях, что такое поляризация света? Нужно ли рассказывать об этом на канале?
#образовательное
На картинке, казалось бы, ничем не примечательная рыбка – меченосец Xiphophorus nigrensis. Самцы этих рыбок, хотя и не имеют видимой окраски, весьма ярко отражают ультрафиолетовое излучение. Это привлекает самок, а вот главная угроза меченосцев, хищная рыбка Astyanax mexicanus, не видит ультрафиолет. Так что общение проходит по защищённому каналу. Статья об этом так и называется – «A private ultraviolet channel in visual communication».
Но это ещё не вся правда! В новой статье «Polarization signaling in swordtails alters female mate preference» учёные выяснили, что при отражении от разных частей рыбки степень поляризации света различная. Они измеряли степень линейной поляризации (degree of linear polarization, DOLP) и получили изображение, показанное на картинке. Затем выяснилось, что самки предпочитают самцов, у которых поляризационный орнамент имеет больший контраст. И разумеется, для хищников эта информация тоже недоступна. Вот такие хитрые эти меченосцы.
Напишите в комментариях, что такое поляризация света? Нужно ли рассказывать об этом на канале?
#образовательное
Все знают, что хамелеоны меняют цвет. Но как они это делают?
Чтобы понять, что вообще происходит, биологи позвали физиков и вместе с ними сделали классную работу, которую опубликовали в Nature Communications - "Photonic crystals cause active colour change in chameleons".
Да, у хамелеона тоже есть фотонные кристаллы! Что это такое - мы писали раньше, когда рассказывали про крылья бабочек. По сути, это упорядоченные неоднородности, расстояние между которыми сравнимо с длиной волны света. У хамелеонов в качестве неоднородностей выступают включения гуанина. В специальном слое клеток на их коже маленькие шарики гаунина выстраиваются в периодическую решётку, образуя фотонный кристалл (рисунок d).
Авторы статьи не только выяснили это, но и сделали компьютерную модель такого кристалла и рассчитали, как он отражает свет в зависимости от периода решётки (то есть от расстояния между соседними шариками гуанина). Зависимость показана на рисунке b. Так вот - оказывается, хамелеон может менять период своих фотонных кристаллов и именно за счёт этого меняет цвет! Для этого он меняет осмотическое давление в клетках кожи, они надуваются, и кристаллы пропорционально увеличиваются. Животное при этом краснеет.
При возвращении в спокойное состояние осмотическое давление в клетках восстанавливается, период фотонных кристаллов уменьшается, и хамелеон снова становится зелёным. Как вы думаете, где можно применять подобный механизм в технике?
#образовательное
Чтобы понять, что вообще происходит, биологи позвали физиков и вместе с ними сделали классную работу, которую опубликовали в Nature Communications - "Photonic crystals cause active colour change in chameleons".
Да, у хамелеона тоже есть фотонные кристаллы! Что это такое - мы писали раньше, когда рассказывали про крылья бабочек. По сути, это упорядоченные неоднородности, расстояние между которыми сравнимо с длиной волны света. У хамелеонов в качестве неоднородностей выступают включения гуанина. В специальном слое клеток на их коже маленькие шарики гаунина выстраиваются в периодическую решётку, образуя фотонный кристалл (рисунок d).
Авторы статьи не только выяснили это, но и сделали компьютерную модель такого кристалла и рассчитали, как он отражает свет в зависимости от периода решётки (то есть от расстояния между соседними шариками гуанина). Зависимость показана на рисунке b. Так вот - оказывается, хамелеон может менять период своих фотонных кристаллов и именно за счёт этого меняет цвет! Для этого он меняет осмотическое давление в клетках кожи, они надуваются, и кристаллы пропорционально увеличиваются. Животное при этом краснеет.
При возвращении в спокойное состояние осмотическое давление в клетках восстанавливается, период фотонных кристаллов уменьшается, и хамелеон снова становится зелёным. Как вы думаете, где можно применять подобный механизм в технике?
#образовательное
Продолжаем разбираться в удивительном разнообразии природных красок.
Мы уже рассказывали про гемоглобин - то самое вещество, которое делает кровь красной. Каждое позвоночное животное на планете использует его для доставки кислорода в ткани.
Каждое, за исключением небольшого семейства рыб, известного под общим названием «ледяная рыба». У этих рыб, обитающих в Антарктике, прозрачная кровь (смотрите картинку), белое сердце, и они приспособились жить без эритроцитов и гемоглобина.
Холодная вода содержит больше кислорода, чем теплая. Поэтому в какой-то момент ледяные рыбы отказались от эритроцитов. Зато у них развились огромные жабры и исчезла чешуя, что позволяет поглощать растворённый в воде кислород через кожу. Рыбки также расширили свою кровеносную систему за счет дополнительных сосудов и сердца, в четыре раза превышающего размеры родственных краснокровных видов.
А главное - посмотрите, какие эти рыбки прозрачные! Думаю, это очень полезно для маскировки среди льдов.
Фото: Northeastern University и British Antarctic Survey
#образовательное
Мы уже рассказывали про гемоглобин - то самое вещество, которое делает кровь красной. Каждое позвоночное животное на планете использует его для доставки кислорода в ткани.
Каждое, за исключением небольшого семейства рыб, известного под общим названием «ледяная рыба». У этих рыб, обитающих в Антарктике, прозрачная кровь (смотрите картинку), белое сердце, и они приспособились жить без эритроцитов и гемоглобина.
Холодная вода содержит больше кислорода, чем теплая. Поэтому в какой-то момент ледяные рыбы отказались от эритроцитов. Зато у них развились огромные жабры и исчезла чешуя, что позволяет поглощать растворённый в воде кислород через кожу. Рыбки также расширили свою кровеносную систему за счет дополнительных сосудов и сердца, в четыре раза превышающего размеры родственных краснокровных видов.
А главное - посмотрите, какие эти рыбки прозрачные! Думаю, это очень полезно для маскировки среди льдов.
Фото: Northeastern University и British Antarctic Survey
#образовательное
Сколько цветов может различить человек?
Цветовое восприятие у нас есть благодаря наличию в сетчатке глаза трёх типов клеток-рецепторов - так называемых колбочек. Каждый тип рецепторов имеет свой спектр чувствительности (смотрите первую картинку).
На самом деле светочувствительный фрагмент во всех рецепторах один - это пигмент ретиналь. Он показан на третьей картинке. Но сам ретиналь поглощает свет с длиной волны 380 нм, т.е. в ультрафиолетовой области! Чувствительность к видимому свету появляется благодаря сдвигу спектра поглощения из-за окружения внутри белковой молекулы, где он находится. Спектр поглощения ретиналя может сдвигаться более чем на 200 нм - из ультрафиолетовой области прямо в красную! В статье «Tuning the Electronic Absorption of Protein-Embedded All-trans-Retinal» даже специально сконструировали целую линейку разных белков, которая позволяет занять всю видимую область. Файл статьи выложу в комментариях.
Так же устроены и наши рецепторы. Три типа колбочек имеют соответствующие белки, которые заставляют ретиналь"чувствовать" синий, зелёный и красный цвет. Иногда возникают небольшие мутации в структуре белка, которые чуть сдвигают спектр, но это варианты нормы. Но оказываются, что есть люди, у которых особые мутации приводят к наличию четырёх типов рецепторов с различной спектральной чувствительностью! Такие люди могут различить невероятно много оттенков цветов между жёлтым и зелёным. Один из таких случаев был достоверно зафиксирован и описан в статье «The dimensionality of color vision in carriers of anomalous trichromacy». Спектры поглощения колбочек этого человека ("участник cDa29", точнее, участница) приведены на рисунке.
Авторы статьи отмечают, что около 12% женщин имеют такую мутацию, однако большинство из них воспринимают цвет так же, как люди с тремя типами колбочек (трихроматы). Лишь одна из 24 участниц испытаний показала выдающиеся способности в различении цветов, что можно считать настоящей тетрахроматией.
#образовательное
Цветовое восприятие у нас есть благодаря наличию в сетчатке глаза трёх типов клеток-рецепторов - так называемых колбочек. Каждый тип рецепторов имеет свой спектр чувствительности (смотрите первую картинку).
На самом деле светочувствительный фрагмент во всех рецепторах один - это пигмент ретиналь. Он показан на третьей картинке. Но сам ретиналь поглощает свет с длиной волны 380 нм, т.е. в ультрафиолетовой области! Чувствительность к видимому свету появляется благодаря сдвигу спектра поглощения из-за окружения внутри белковой молекулы, где он находится. Спектр поглощения ретиналя может сдвигаться более чем на 200 нм - из ультрафиолетовой области прямо в красную! В статье «Tuning the Electronic Absorption of Protein-Embedded All-trans-Retinal» даже специально сконструировали целую линейку разных белков, которая позволяет занять всю видимую область. Файл статьи выложу в комментариях.
Так же устроены и наши рецепторы. Три типа колбочек имеют соответствующие белки, которые заставляют ретиналь"чувствовать" синий, зелёный и красный цвет. Иногда возникают небольшие мутации в структуре белка, которые чуть сдвигают спектр, но это варианты нормы. Но оказываются, что есть люди, у которых особые мутации приводят к наличию четырёх типов рецепторов с различной спектральной чувствительностью! Такие люди могут различить невероятно много оттенков цветов между жёлтым и зелёным. Один из таких случаев был достоверно зафиксирован и описан в статье «The dimensionality of color vision in carriers of anomalous trichromacy». Спектры поглощения колбочек этого человека ("участник cDa29", точнее, участница) приведены на рисунке.
Авторы статьи отмечают, что около 12% женщин имеют такую мутацию, однако большинство из них воспринимают цвет так же, как люди с тремя типами колбочек (трихроматы). Лишь одна из 24 участниц испытаний показала выдающиеся способности в различении цветов, что можно считать настоящей тетрахроматией.
#образовательное
Посмотрите, какая картинка нашлась на просторах интернета!
В поисках исходных данных наткнулся на подробную статью о том, как видят птицы. Если коротко - они настоящие тетрахроматы, то есть воспринимают цвет четырьмя типами рецепторов. Люди - трихроматы (за некоторым исключением). Спектры чувствительности рецепторов тоже отличаются, потому что некоторые из них появились у людей и у птиц независимо.
Интереснейшую статью о зрении птиц выкладываю в комментариях.
#образовательное
В поисках исходных данных наткнулся на подробную статью о том, как видят птицы. Если коротко - они настоящие тетрахроматы, то есть воспринимают цвет четырьмя типами рецепторов. Люди - трихроматы (за некоторым исключением). Спектры чувствительности рецепторов тоже отличаются, потому что некоторые из них появились у людей и у птиц независимо.
Интереснейшую статью о зрении птиц выкладываю в комментариях.
#образовательное
Наступила весна, начало пригревать солнышко ☀️
Когда я был студентом, один из преподавателей советовал нам: "Гуляйте, подставляйте лицо солнышку, получайте витамин D и повышайте настроение!"
Под действием ультрафиолетового излучения витамин D действительно образуется в коже: сначала в результате фотохимической реакции провитамин D превращается в превитамин, а далее он, в свою очередь, переходит в активную форму витамина D и поступает в кровь.
Витамин D имеет много полезных эффектов, но вряд ли он непосредственно влияет на настроение. А вот серотонин (который даже называют "гормоном счастья") влияет ещё как! И есть много данных о том, что воздействие солнечного света на организм приводит к образованию серотонина. Есть несколько возможных механизмов, как это происходит, они обсуждаются, например, тут. Но то, что нам хорошо на солнышке - это научный факт!
#образовательное
Когда я был студентом, один из преподавателей советовал нам: "Гуляйте, подставляйте лицо солнышку, получайте витамин D и повышайте настроение!"
Под действием ультрафиолетового излучения витамин D действительно образуется в коже: сначала в результате фотохимической реакции провитамин D превращается в превитамин, а далее он, в свою очередь, переходит в активную форму витамина D и поступает в кровь.
Витамин D имеет много полезных эффектов, но вряд ли он непосредственно влияет на настроение. А вот серотонин (который даже называют "гормоном счастья") влияет ещё как! И есть много данных о том, что воздействие солнечного света на организм приводит к образованию серотонина. Есть несколько возможных механизмов, как это происходит, они обсуждаются, например, тут. Но то, что нам хорошо на солнышке - это научный факт!
#образовательное
Мы все знаем, что свет - это поперечная электромагнитная волна. Поэтому, помимо привычных характеристик (интенсивность, длина волны) обладает ещё и поляризацией.
Поляризация света - это о том, как направлен вектор электрического поля в электромагнитной волне. Если он колеблется вдоль одного направления, то свет называется линейно поляризованным.
Люди не могут определять поляризацию света невооружённым глазом, а вот многие насекомые могут. Зачем им это нужно? Оказывается, рассеянный небом солнечный свет имеет ярко выраженную поляризационную картину. Это позволяет, например, пчёлам определять направление на Солнце, даже если оно скрыто за горизонтом или за облаками. Подробнее про использование поляризации света насекомыми можно почитать в этом обзоре (первая картинка из него).
Как вы думаете, за счёт чего насекомые могут чувствовать поляризацию света?
#образовательное
Поляризация света - это о том, как направлен вектор электрического поля в электромагнитной волне. Если он колеблется вдоль одного направления, то свет называется линейно поляризованным.
Люди не могут определять поляризацию света невооружённым глазом, а вот многие насекомые могут. Зачем им это нужно? Оказывается, рассеянный небом солнечный свет имеет ярко выраженную поляризационную картину. Это позволяет, например, пчёлам определять направление на Солнце, даже если оно скрыто за горизонтом или за облаками. Подробнее про использование поляризации света насекомыми можно почитать в этом обзоре (первая картинка из него).
Как вы думаете, за счёт чего насекомые могут чувствовать поляризацию света?
#образовательное
Учёные проверили чувствительность дрозофил к поляризации света, закрепив мушек с помощью магнита 🧲 и облучая их поляризованным ультрафиолетовым излучением 🟣.
Это могла бы быть первоапрельская шутка, но нет. В статье "Heading choices of flying Drosophila under changing angles of polarized light" действительно собрали такую установку и исследовали поведение 66 мушек.
Закреплённые мушки не могли летать, но могли поворачиваться и выбирать направление, в котором пытались улететь 😁 Выяснилось, что одиночные дрозофилы придерживаются определённого угла относительно направления поляризации света. При медленном вращении плоскости поляризации мухи подстраивались и следовали за ней. При включении неполяризованного света мушки выбирали направление полёта хаотично, но после восстановления поляризации снова подстраивались под неё.
При этом угол поворота относительно направления поляризации у каждой мушки был свой, индивидуальный. Авторы отмечают, что эффект зависит от длины волны: для зелёного света поляризация не влияла на поведение мушек, а лучшие результаты были получены для ультрафиолетового излучения.
Только посмотрите, как авторы изобразили дрозофилу (2я картинка)! Так выглядит любовь к своему объекту исследования 😍
#образовательное
Это могла бы быть первоапрельская шутка, но нет. В статье "Heading choices of flying Drosophila under changing angles of polarized light" действительно собрали такую установку и исследовали поведение 66 мушек.
Закреплённые мушки не могли летать, но могли поворачиваться и выбирать направление, в котором пытались улететь 😁 Выяснилось, что одиночные дрозофилы придерживаются определённого угла относительно направления поляризации света. При медленном вращении плоскости поляризации мухи подстраивались и следовали за ней. При включении неполяризованного света мушки выбирали направление полёта хаотично, но после восстановления поляризации снова подстраивались под неё.
При этом угол поворота относительно направления поляризации у каждой мушки был свой, индивидуальный. Авторы отмечают, что эффект зависит от длины волны: для зелёного света поляризация не влияла на поведение мушек, а лучшие результаты были получены для ультрафиолетового излучения.
Только посмотрите, как авторы изобразили дрозофилу (2я картинка)! Так выглядит любовь к своему объекту исследования 😍
#образовательное