Обычный жук с необычным светом
Золотистую бронзовку (Cetonia aurata) знает каждый: блестящий зелёный жук, которого летом видно на цветах шиповника и боярышника. Но в его блеске спрятано то, что больше века назад поразило одного из самых точных физиков своего времени.
В 1911 году Альберт Майкельсон — будущий нобелевский лауреат, измеривший скорость света, — заметил, что блестящие жуки отражают свет необычным образом: не просто поляризованным, а закрученным по спирали. Это круговая поляризация — состояние, в котором вектор электрического поля световой волны не колеблется в одной плоскости, а вращается (см. Круговая поляризация). Бронзовка отражает именно левую закрутку. Это было одно из первых наблюдений круговой поляризации в живой природе вообще.
Спираль внутри панциря
Откуда у жука такой свет? Не из пигмента — из структуры. Внешний слой панциря (кутикула) сложен из множества тончайших слоёв хитиновых волокон, и каждый следующий слой повёрнут относительно предыдущего на небольшой угол. В сумме волокна образуют винт — спиральную «лесенку», которую называют структурой Булигана.
Такая хиральная (закрученная) укладка работает как природный холестерический жидкий кристалл: она избирательно отражает свет одной закрутки и пропускает другую. Шаг спирали подобран под зелёный диапазон — поэтому жук и зелёный, и «левый» одновременно.
Здесь — честная, не натянутая связь с другой нашей статьёй. Та же структура Булигана встречается у рака-богомола: в его ударной булаве винтовая укладка хитина гасит трещины и даёт прочность. Одна и та же геометрия: у рака она служит механике, у жука — оптике.
Остриё науки
Как жук это делает — понятно. Зачем — нет.
Казалось бы, такой сигнал должен что-то значить: метка «свой–чужой», скрытая от хищников «переписка» между жуками. Но чтобы пользоваться круговой поляризацией, её надо видеть, — а различает ли её сама бронзовка, до сих пор не доказано. Поведенческие опыты пока не дали ясного ответа: возможно, круговая поляризация для жука — лишь побочный продукт устройства панциря, а не сигнал.
Любопытный контраст: единственное животное, про которое точно известно, что оно различает круговую поляризацию, — это рак-богомол. Получается, природа научилась создавать закрученный свет (жук) и читать его (рак-богомол) — но связаны ли эти два умения у самих жуков, остаётся открытым вопросом.
Как увидеть самому
Это можно проверить руками. Понадобится круговой поляризатор — проще всего вынуть линзу из кинотеатральных 3D-очков (системы RealD): это и есть круговой поляризатор.
Посмотри сквозь него на блестящую зелёную бронзовку (или на любого блестящего зелёного жука-скарабея). Затем переверни фильтр другой стороной — или возьми правый поляризатор вместо левого. Через «свою» закрутку жук останется ярким, а через противоположную — заметно потускнеет, почти погаснет. Обычный глаз этого различить не может: для нас обе картинки одинаковы.
Маленький жук с садового цветка оказывается тонким оптическим прибором — и, как часто бывает в природе, делает то, что человек научился повторять лишь специальными кристаллами и плёнками.
Читать дальше
→ 3D-очки RealD и IMAX: опыт руками — увидеть закрученный свет жука через очки из кинотеатра → Глаза рака-богомола: единственный, кто умеет этот закрученный свет различать → Круговая поляризация: физика «закрученного» света и четвертьволновой пластинки → Раки-кавитаторы: та же структура Булигана — но ради прочности, а не оптики