Fack med konsekvent storlek, tätt packade mikrosfärer är det som får vissa brunalger att skimra som opal. Upptäckten vid Kobe University belyser inte bara mekanismen bakom algens strukturella färg, den är också den första som upptäcker effekten i en annan ordning brunalger än de två där den var känd för att förekomma.
De flesta brunalger är verkligen gulbruna, men dykare märkte att en art som liknar Sporochnus i ordningen Sporochnales skimrar som påfågelfjädrar i gult, ljust grönt eller blått när direkt ljus lyser på dem.
Kobe Universitys fykolog Kawai Hiroshi säger:"Som själv är jag dykare har jag observerat och samlat in Sporochnus-arter många gånger på många ställen, men jag har aldrig sett en individ som verkade lysa grönt, så jag var intresserad av att analysera den."
Ett opalliknande färgspel, eller "iriscens", är känt för att förekomma i två andra ordningar av brunalger, men aldrig i Sporochnales, och i synnerhet inte hos tångarterna som har blivit ett samtalsämne bland dykare. "Jag ville klargöra mekanismen bakom det här gröna skenet och undrade också varför detta fenomen inte är vanligt förekommande hos andra Sporochnus-arter", säger Kawai.
En anledning till att ingen annan har beskrivit fenomenet kan vara organismens bräcklighet.
Kawai förklarar, "Generellt sett är Sporochnus-arter mycket ömtåliga och skadas ofta inom en kort tidsperiod efter att de samlats upp och avlägsnats från havet, vilket gör det mycket svårt att observera detaljerna i den intakta organismen. Därför dök vi till ett 25-meters djup i Kushimoto, den sydligaste punkten på Japans huvudö, för att observera och fotografera algerna.
"Vi samlade sedan in några exemplar, placerade dem i en stor mängd havsvatten för att förhindra skador och skyndade oss till laboratoriet för att göra detaljerade observationer av de friska algerna, även med hjälp av en specialiserad fixeringsmetod för att bevara deras känsliga egenskaper."
Ansträngningen gav resultat. I European Journal of Phycology , har gruppen publicerat inte bara fantastiska bilder av de skimrande algerna, utan också deras analys med hjälp av elektronmikroskopiska bilder för att förklara var effekten kommer ifrån. I likhet med andra brunalger som uppvisar strukturell färg, har organismerna cellulära fack som är packade med mikrosfärer av mycket konsekvent storlek.
Dessa så kallade "iriserande kroppar" reflekterar grönt ljus mycket mer än andra färger, vilket är källan till färgeffekten. Forskarna förklarar i artikeln, "Det är känt att regelbundna arrangemang av fina strukturer som kristaller och flerskiktiga membran orsakar strukturell färgning i både organiska och oorganiska strukturer."
Effekten kan alltså vara ett resultat av samspelet mellan ljus som reflekteras från olika "lager" av de fina strukturerna, som släcker vissa färger och släpper igenom andra.
För att stödja denna hypotes jämförde teamet från Kobe University två Sporochnus-arter, den ena med och en annan utan skimrande färger. Hos båda arterna fann de att celler i ändarna av deras fotosyntetiska filament innehöll sfäriska kroppar som starkt reflekterar ljus, och som därför kallas "iriserande kroppar."
Dessa iriserande kroppar var i båda fallen tätt fyllda med små nanosfärer, men hos den art som inte uppvisar egentlig iriserande, smälte nanosfärerna samman och resulterade i att utrymmet fylldes med kulor av mycket olika storlekar. Å andra sidan, i den iriserande brunalgen, förblev nanosfärerna av enhetlig storlek mellan 130 och 160 nanometer, vilket överensstämmer med hur strukturell färgning endast förstärker utvalda färger baserat på storleken och avståndet mellan de fina strukturerna.
"Nu när vi har en viss förståelse för mekanismen för den strukturella färgningen, skulle vi vilja klargöra den ekologiska relevansen av denna egenskap och det evolutionära förhållandet mellan strukturen och mekanismen i olika brunalger som uppvisar fenomenet", förklarar Kawai.
Medan i de andra brunalgerna iridescens har kopplats till fotosyntes, växer algen som Kawai studerade på djupare vatten, vilket gör det osannolikt att syftet är detsamma.
Kawai säger, "De regnbågsskimrande kropparna innehåller också mycket reaktiva ämnen som, när de släpps ut genom bristning av iriserande kroppar, förstör hela cellen på kort tid. Eftersom dessa alger växer i vatten där algätande fisk är rikligt, är de reaktiva ämnena tros spela en roll för att stöta bort betare.
"Vi tror alltså att den strukturella färgningen kan spela en roll i kommunikationen mellan organismer, såsom kamouflage eller en varning till betar."
Mer information: Hiroshi Kawai et al, Strukturell färg i brunalgsläktet Sporochnus (Sporochnales, Phaeophyceae), European Journal of Phycology (2024). DOI:10.1080/09670262.2024.2340020
Tillhandahålls av Kobe University
