מדוע מנצנצים קשקשיהם של דגים ועכבישים?

כיצד רוכשים הדגים את הקשקשים הנוצצים שלהם? שאלה זאת מעסיקה מדענים כבר מאות שנים. באמצע המאה ה-17 היה המדען הבריטי רוברט הוק בין הראשונים שניסו לפענח את הרכב השכבה החיצונית של הזנבזיף - חרק בצבע אפור כסוף.

עד שנות ה-60 של המאה ה-19 הצליחו מדענים לגלות את החומר האחראי לצבע המתכתי: גואנין, שהוא גם אחד ממרכיבי הדנ"א.

רק עם הופעת מכשור מתקדם, המאפשר לצפות בחומרים ברמות רזולוציה גבוהות במיוחד, התחילו מדענים להבין כיצד המבנים העשויים גואנין - שהם חסרי צבע כשלעצמם - מסוגלים ליצור אפקטים ססגוניים כל-כך.

באחרונה השתמשו ד"ר אביטל לוי-ליאור, פרופ' סטיבן ויינר ופרופ' ליאה אדדי מהמחלקה לביולוגיה מבנית, יחד עם ד"ר אייל שמעוני מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי, כולם מהפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע, במספר שיטות מיקרוסקופיות מתקדמות כדי לבחון ננו-מבנים של גואנין בקשקשי דגים ובעכבישים.

"הגואנין הוא החומצה הגרעינית היחידה שמופיעה לעיתים קרובות מחוץ לגדילי הדנ"א, והגבישים שהוא יוצר מצויים במספר מינים של בעלי-חיים, ומשמשים בעיקר לצורך שליטה בקרני האור", אומר פרופ' ויינר. "אפשר למצוא אותו בעור, בקשקשים, ולעיתים גם בעיניים של בעלי-חיים".

גבישי גואנין, כשהם גדלים ללא גורם מכוון, יוצרים צורה של גושים עבים. המדענים בדקו מספר סוגים של עכבישים – בהתבסס על מידע שקיבלו מד"ר ג'ף אוקספורד מאוניברסיטת יורק, בריטניה - המכילים גושי גואנין כאלה ברקמות שלהם. צבעם של עכבישים אלה אינו כסוף, אלא לבן עמום.

לעומת זאת, גבישי גואנין המצויים בקשקשי דגים ובעכבישים כסופים יוצרים צורה של לוחות שטוחים ודקים, אשר מחזירים את אור השמש באופן חזק ובכיוון אחד. כאשר הלוחות מסודרים בערימה זה על גבי זה, מתנגש האור שמוחזר מהשכבות השונות עם קרני האור הנכנסות, דבר שגורם לאפקט הנצנוץ.

צילום במיקרוסקופ אלקטרונים סורק של לוחות גואנין מעכביש כסוף. בצילום נראה מבנה דמוי כריך, ובו שכבת גואנין לא גבישי בין שני לוחות של גואנין גבישי (צילום: מכון ויצמן למדע)

פרופ' ויינר: "התאים המיוחדים בהם נוצרים גבישי הגואנין מוכרחים לשלוט בגידולם כדי שיתפתחו בצורה ובכיוון הנכון, וגם יסתדרו במבנה הנכון של ערימות. התאים עושים את זה באמצעות שלפוחיות נפרדות לכל גביש".

החוקרים מצאו, כי לוחות הגואנין בדגים ובעכבישים דומים בגודלם ובעוביים. בנוסף ליכולתם להחזיר אור, גם הרווחים בין הלוחות והכיוונים שלהם קובעים את מידת הזוהר של התוצר הסופי.

בשני היצורים, הלוחות מסודרים בערימות: בקשקשי דגים יש כ-30 גבישים בערימה, ואילו הערימות של העכבישים מכילות מספר קטן הרבה יותר של לוחות. מתברר, כי העכבישים מפצים על המחסור באמצעות מבנים דמויי כריך, שבהם "מילוי" של גואנין לא גבישי מצוי בין שני לוחות גואנין גבישיים.

יחד עם ד"ר דן אורון ואוסיפ שוורץ, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, חישבו המדענים את מידת החזר האור הצפוי מכל אחד מהמבנים, והגיעו למסקנה כי הדגים והעכבישים משיגים בערך אותה רמה של החזר אור.

פרופ' ויינר: "נראה כי שני המבנים יעילים באותה מידה. עם זאת, הממצאים שלנו מראים כי הדגים והעכבישים משתמשים במנגנונים שונים מעט כדי לשלוט בגידול הגבישים. עובדה זו מרמזת, כי למרות ששני הצבעים נראים דומים לעין, הם עברו התפתחות אבולוציונית נפרדת. למעשה, אפשר להניח כי השימוש בגבישי גואנין התפתח פעמים רבות במינים שונים".