У хамелеона изменился окрас в спокойном состоянии. Почему хамелеон меняет цвет? Как именно и с помощью чего меняют окрас эти ящерицы. Как хамелеон меняет окрас: новое исследование

Какие первые ассоциации у вас вызывает слово хамелеон? Думаю, большинство людей, при ответе на этот вопрос, сойдется в вариантах «изменение окраски» и «стреляет языком». Именно способности быстро изменять окраску и рисунок кожи, хамелеон обязан своей известностью среди людей!

Вопреки легендам хамелеон не маскируется под окружающую среду сменой окраски. Они меняют цвет в зависимости от температуры, света и настроения. Это уникальная способность организма, которой обладают далеко не многие пресмыкающиеся, насекомые и рыбы.

Заметили эту особенность давно, еще в древности, но прошло много веков, пока поняли, как это происходит. Разгадать, почему хамелеон меняет свой цвет, помогли исследования ученых (П. Бэр, Брюкке, Крукенберг). Под микроскопом им удалось выяснить природу такого явления..

Итак благодаря чему же хамелеону удается так быстро изменять свой цветовой рисунок? В чем скрывается этот секрет?

Все дело в удивительных пигментных клетках – хроматофорах! Хроматофоры, что с греческого означает – «краску несущие», действительно имеют сложный механизм работы и тесно связанны с нервной системой хамелеона. Эти клетки содержат в цитоплазме окрашенные вещества – пигменты, тем самым обуславливают окраску покрова хамелеонов. Среди основных типов пигментных клеток можно выделить следующие, это: меланоциты и меланофоры, содержащие в органеллах - меланосомах - различные модификации меланина (от жёлтого до почти чёрного цвета); ксантофоры, содержащие каротиноиды, флавины и птеридины (от жёлтого до красного цвета), локализованные в органеллах - птериносомах - или в виде капель в цитоплазме; иридоциты, или гуанофоры, содержащие кристаллы гуанидина, обусловливающие порой даже блестящую серебристую или золотистую окраску.

Чтобы не уходить глубоко в описание клеточной физиологии, коротко опишем сам процесс работы этих клеток. Хроматофоры находятся в наружном - волокнистом и более глубоком слое кожи хамелеона, они представляют собой разветвленные клетки с находящимися в них зернами темно-коричневого, черного, красноватого и желтого пигмента.

В одних хроматофорах таких зерен много, а в других - мало. В тех местах, где таких клеток больше, окраска более яркая, ну и соответственно наоборот. Но дело не только в количестве пигмента. Важно еще, как он расположен в клетке! Пигмент может быть разбросан по всему хроматофору, находиться во всех его разветвлениях, а может быть собран в одну кучку в середине клетки. Пигментные зерна не прикреплены к постоянному месту, они могут перемещаться по хроматофору.

При сокращении отростков хроматофоров пигментные зерна концентрируются в центре клеток и кожа выглядит беловатой или желтой. Когда же темный пигмент сосредоточивается в ответвлениях хроматофора, кожа приобретает темную, почти черную окраску. Появление различных оттенков вызывается сочетанием пигментов обоих слоев. Зеленые же тона дополнительно возникают в результате преломления лучей в поверхностном слое, содержащем множество сильно преломляющих свет кристаллов гуанидина. В итоге окраска может быстро меняться от беловатой и оранжевой, через желтую и зеленую до пурпуровой, темно-коричневой и черной, причем эти изменения могут захватывать как все тело, так и отдельные его части и сопровождаться появлением и исчезновением различного рода полос и пятен. Мало того, и сами хроматофоры могут то опускаться в глубь кожи - и тогда кожа бледнеет, то приближаться к ее поверхности - и кожа становится более контрастной и яркой.

Все вышеописанные изменения цветового окраса происходят под действием факторов и раздражителей, которые можно разбить на две основные группы: физиологические факторы (температура, освещение, влажность, голод, обезвоживание, болевые) и эмоциональные раздражители (испуг или агрессия при встрече самца или самки хамелеона или другого животного).

Ярким примером этих процессов могут послужить быстрые изменения окраски у самцов хамелеонов в период размножения и во время драк, когда они стараются повернуться друг к другу ярко окрашенными боками тела. Как бы демонстрируя свое превосходство над соперником.

Хочу отметить особое влияние света на маскировочную систему «маскировки» хамелеона. Ученые установили, что существует тесная взаимосвязь между зрением хамелеона и его способностью к смене окраски. Зрительная система - именно здесь завязывается сигнальная цепь передающая команды клеткам. В ходе исследований было выявлено, что способность изменять цвет теряется при повреждении у него зрительного нерва. Значит, свет через глаза действует на нервную систему и только через нее уже на хроматофоры. От мозга к хроматофорам идут нервы. Именно по ним поступают команды к изменению формы и расположения хроматофор в слоях кожи.

В ходе исследований и экспериментов были выявлены следущие парадоксальные факты и закономерности:

• При раздражении путем зрительных впечатлений или при электрическом раздражении центрального отрезка зрительного нерва замечалось потемнение сначала некоторых частей, а потом всего тела.
• При удалении глазного аппарата - соответствующая половина тела хамелеона светлеет.
• Электрическое раздражение спинного мозга вызывает просветление, а его удаление - потемнение.
• При анестезировании эфиром, так же во время сна, и при умирании - животное светлеет, приобретая светлые нежные тона, а при анестезировании действием хлороформа - темнеет.

Чтобы объяснить эти порой противоположные данные, учеными была принята гипотеза, что в центральной нервной системе хамелеона залегают двоякого рода центры: волевые и автоматические.

Автоматические центры поддерживают известный тонус цветоизменяющей системы, а при раздражении вызывают просветление кожи, но эти центры стоят в зависимости от волевых центров, оказывающих на них подавляющее действие и, следовательно, при этом вызывающих обратный эффект, т. е. потемнение. Нервы, передающие команды от центральной нервной системы к хроматофорам, расположены вместе с двигательными нервами, и раздражение этих последних вызывает просветление кожи, тогда как ослабление периферических окончаний при отравлении их кураре - вызывает, наоборот, потемнение.

Таким образом, возбуждение автоматических центров и от них идущих нервов сопровождается у хамелеона просветлением, которое является результатом сократительной деятельности протоплазмы хроматофоров, ибо форма самой клетки при этом не изменяется. Произвольное изменение окраски возможно, конечно, при условии целости головного мозга и исчезает при удалении полушарий, мозжечка и др. частей. (П. Бэр, Брюкке, Крукенберг).

Вот такой непростой механизм обуславливает удивляющее нас всех цветовое поведение хамелеона! Как я говорил ранее, такой мимикрией обладают и другие представители живого мира – палочники, камбала, и др. Но вот другой интригующей особенностью этого пресмыкающегося которой нет ни у кого другого, является его язык, способный мгновенно настигнуть и захватить жертву хамелеона! Но об этом в следующий раз!

Меняет окрас для маскировки. Это не совсем так. Если посадить хамелеона на землю, он не станет в эту же секунду (да и в последующую тоже) таким же черным, как земля, а на белоснежной простыне он не станет белым. Хамелеоны меняют цвет кожи под действием физиологических (освещение, голод, болезнь, температура воздуха и прочие) и эмоционально-волевых факторов . Изменение окраса возможно только при целостности головного мозга и глазного аппарата. Может меняться как окрас всего тела, так и отдельных его участков, изменение может проходить пятнами или полосами. То же касается и насыщенности цвета.

Каков же механизм изменения цвета кожи у хамелеонов? У этих животных в волокнистом и более глубоком кожных покровах имеются разветвленные клетки - хроматофоры, которые содержат в себе различные типы пигментов (окрашенные вещества) в виде зерен. Зерна не имеют постоянного места и могут свободно перемещаться по хроматофору, в частности они могут быть сосредоточены в центре клетки или располагаться на ее концах. Кроме того, количество пигментов в хроматофорах не одинаково: в одних больше, в других меньше. Также зерна могут перемещаться вверх-вниз. Кроме того, и сами хроматофоры могут подниматься к поверхности кожи и делать ее окрас более интенсивным или, наоборот, удаляться от поверхности и делать цвет более бледным.

Пантеровый хамелеон (Furcifer pardalis)

Главный механизм, приводящий в движение пигменты в хроматофорах, - это нервная система. От центральной нервной системы к каждому хроматофору идет нерв, который передает те или иные сигналы, заставляя пигменты и хроматофоры двигаться. Важную роль в изменении цвета кожи играют глаза. Ученые установили, что без глаз хамелеоны теряют способность изменять цвет кожи . Поэтому они предположили, что свет - главный раздражитель, который через глаза подает сигналы нервной системе хамелеона. Также на основании экспериментов специалисты предположили, что в центральной нервной системе имеются два центра, ответственные за изменение окраса: волевой и автоматический.

Несколько примеров:

Концентрация зерен в центре хроматофора в результате сокращения его отростков делает кожу светлой (белой, желтой, бело-желтой),
- темный пигмент, сосредоточенный в отростках хроматофора, придает темный до черного окрас,
- зеленый окрас - результат преломления солнечных лучей в клетках поверхностного слоя кожи, богатого гуанидинами,
- удаление глазного нерва, например, из левого глаза делает всю левую половину тела хамелеона белой,
- во время брачного периода хамелеоны за доли секунд способны изменить свою окраску и насыщенность цвета,
- при анестезии кожа хамелеонов темнее до черного, а при болезни или смерти - светлеет до почти белой.

Хамелеоны знамениты тем, что могут практически мгновенно менять свою окраску и как бы растворяться среди растительности благодаря высокотехнологичным фотонным кристаллам на поверхности их бесцветных клеток кожи, преломляющими свойствами которых может управлять.

Долгое время исследователи терялись в догадках, размышляя, как хамелеону - в общем-то, невзрачному и медлительному животному - удается так здорово .

Исследования, проведенные с самцами мадагаскарского пантерного хамелеона (Furcifer pardalis), показали, что в процессе знакомства и общения с самками и другими самцами они меняют окраску с сине-зеленой и зеленой до ярко-красной всего за несколько минут.

Ученые провоцировали самцов хамелеонов на «дуэль» друг с другом и измеряли насыщенность окраски с помощью спектрометра, который позволял фиксировать излучение не только в видимой, но и в ультрафиолетовой части спектра.

Использование такого прибора показало способность хамелеонов «окрашиваться» также в невидимые человеческому глазу цвета.

Фото 1. Хамелеоны меняют цвет не только для маскировки

По результатам эксперимента не было обнаружено особой зависимости между диапазоном используемых цветов и особенностью местообитания хамелеонов.

Наибольший разброс цветов окраски наблюдался у видов с наиболее ярко выраженным социальным поведением (в данном случае - соревнование двух самцов), а не у видов, живущих в местах с большим количеством разноцветных объектов (трава, стволы деревьев, ).

Окраска хамелеонов, которые используют максимальное количество цветов, оказалась самой заметной не и только для их сородичей, но и для , что противоречит теории изменения цвета только для маскировки.

Однако зачастую хищникам не удается напасть на ярко раскрашенных особей, поскольку те при малейших признаках опасности способны за несколько миллисекунд «раствориться» на фоне окружающей среды.

Дальнейшие исследования показали, что перемена окраски связана с особыми клетками внутри кожи хроматофорами, перераспределяющими зерна пигментов четырех цветов.

Эти пигменты поглощают видимый свет на всех длинах волн, кроме определенного (красного, например).

Иридофоры и ксантофоры

Недавно Мишель Милинкович (Michel Milinkovitch) из Женевского университета выяснил, что для хамелеонов еще важнее иридофоры - клетки, которые не поглощают свет, а преобразуют геометрическую структуру поверхности кожи, заставляя ее искривлять или отражать определенные волны.

М. Милинкович и его коллеги изучили кожу хамелеонов с помощью просвечивающей электронной микроскопии и обнаружили там два слоя иридофор.

Верхний слой был покрыт нанокристаллами гуанина, выложенными в виде четко структурированной решетки.

Фото 2. Поверхность кожи хамелеонов испещрена особыми клетками — иридофорами

Расстояния между отдельными кристаллами в решетке ключевую роль в смене окраски: когда самцы находятся в возбужденном состоянии, интервал увеличивается.

Чем больше дистанция, тем сильнее отражается свет с большей длиной волны (красный).

При сближении кристаллов начинает отражаться синий свет.

Затем хамелеонам помогают уже ксантофоры (желтые пигментные клетки): они делают синий цвет зеленым, а красный - оранжевым или желтым.

Милинкович открыл еще и второй уровень кожи с иридофорами, расположенными уже более хаотическим образом. Они очень хорошо отражают свет в ближнем инфракрасном диапазоне.

В жаркой и влажной среде, где живут хамелеоны, эти кристаллы являются важным механизмом защиты от перегрева. Такое строение кожи, по всей видимости, является уникальным.

Однако лишь хамелеоны мастерски пользуются не только пигментами кожи, но и фотонными нанокристаллами, позволяющими управлять светом и с предельной точностью.

Как хамелеоны могут помочь науке

Сейчас исследователи размышляют, каким образом добытые ими сведения могут быть применены на практике, например, при разработке новых средств и способов камуфляжа. И кое-что уже придумали.

Так, ученые из Калифорнийского университета в Беркли создали ультратонкий материал, который может менять цвет на наноуровне, как и кожа хамелеона, в зависимости от натяжения, сгибания или надавливания.

Цвет большинства природных материалов (а также красок, тканей) зависит от их химического состава.

Фото 4. Изучение хамелеонов помогает развивать нанотехнологии

Когда белый свет попадает на поверхность этих материалов, волны света определенной длины поглощаются, а остальные отражаются обратно в окружающее пространство.

Благодаря этому мы и воспринимаем определенные цвета. Изменение цвета, таким образом, требует изменения химического состава материала.

Изобретение американцев использует иной подход к созданию цвета.

Материал изготовлен с помощью так называемой структурной окраски. То есть цвет поверхности (поглощаемые и отражаемые волны) определяет структура материала.

Это неновое явление - природа таким образом создает радужные переливы перьев, крыльев бабочек или экзоскелетов жуков.

Еще 300 лет назад предположил, что некоторые структурные методы окрашивания могут быть использованы при промышленном и коммерческом производстве.

Искусственная кожа хамелеона

Вот как работает искусственная кожа хамелеона.

Кремниевая пленка, которая в 1000 раз тоньше человеческого (около 120 нм), крепится на слой силикона, а затем на нее наносятся крошечные (меньше длины волны света) ребра.

Кремниевый слой настолько гибок, что его можно сравнить с кожей, причем крепиться он может практически к любой поверхности.

Изменяемое расстояние между ребрами-рифлениями, или микрогофрами, позволяет получать различные цвета.

Кроме того, материал имеет высокую способность. Он отражает до 83% падающего света, так что на деле искусственная кожа оказывается столь же яркой, как и кожа настоящего хамелеона.

Фото 5. Хамелеоны — непревзойденные мастера маскировки

Материал производит чистые цвета - от зеленого до желтого, оранжевого и красного. А еще новый материал оказался намного более легким и , чем получалось раньше.

Это первый случай, когда кому-то удалось изготовить гибкую структуру, подобную хамелеоновой коже, которая может изменять цвет просто при сгибании.

Если у вас есть поверхность с определенными структурами, расположенными таким образом, чтобы взаимодействовать с волнами света определенной длины, вы можете изменять ее цвет, влияя на и ее свойства и размеры.

Разработчики полагают, что материал на основе кремния может найти применение при изготовлении энергосберегающих цветных дисплеев, различных камуфляжных материалов и покрытий.

А еще их можно использовать для визуального отображения структурного износа и здании, мостов, крыльев и других важных конструкций (при появлении трещины слегка изменяется натяжение материала, а значит, даже незначительные трещины станут более заметными для глаза человека).

Исследователи также сумели создать ткань, которая может изменять свой цвет в зависимости от того, каким образом она согнута.

Основой для этого материала стал полупроводник силикон.

В мельчайшие разрезы на его поверхности ученые вставили также силиконовые частицы шириной 120 нм, которые способны отражать волны разного спектра и, соответственно, окрашиваться в разные цвета - зеленый, желтый, красный или оранжевый.

Цвет, в который окрасится ткань, зависит от того, каким образом она согнута или сложена, причем изменяется он мгновенно.

Ну, а в широком смысле речь идет о создании материалов, которые позволят полностью изменить облик нашего мира.

Видео о хамелеонах:

Дикая природа показала, что выжить в ее условиях может только сильнейший представитель вида, никаких социальных гарантий или помощи от государства для животных нет. Но в их запасе были миллионы лет, чтобы приспособиться к окружающей среде и удивлять людей вопросом, почему хамелеон меняет цвет? И это лишь один из примеров эволюционных изменений, которые помогают конкурировать с другими видами.

Когда хамелеон изменяет окраску?

Из мультиков и юмористических передач мы прекрасно знаем, что хамелеон может мимикрировать под любую поверхность. Шахматная доска? Без проблем. Замысловатый узор на ковре? Что может быть проще. А теперь свыкнитесь с мыслью, что хамелеон чисто физически не способен подстраиваться под окружающую среду, не доступна мимикрия этому животному. Все изменения окраски:

• Связаны с показателями температуры окружающей среды.
• Объясняются изменением уровня влажности.
• Могут быть вызваны продолжительной голодовкой или травмой глаз животного.
• Количество поступающего солнечного света тоже оказывает свое влияние.
• Что уж говорить об эмоциональном состоянии хамелеона.
• Особенно когда речь идет о страхе или инстинкте размножения.

Любое изменение расцветки кожи животного связано с происходящими в окружающей среде изменениями . Это действительно ответная реакция и попытка подстроиться под новые условия, но ни о каком копировании фона и речи не идет.

Как устроена кожа хамелеона?

Кожа ящерицы имеет сложное строение:

1. Сама по себе она прозрачна, не окрашена какими-то пигментами.
2. Это не мешает ей содержать в своей толще специальные клетки - хроматофоры .
3. В этих образованиях располагаются гранулы пигмента, которые и формируют цвет рептилии.
4. К каждой клетке со стороны головного мозга подходит нервное волокно, которое влияет на ее активность.

Процесс изменения окраски не так уж сложен:

• Под действием нервных импульсов клетки либо суживаются, и весь пигмент скапливается в центре. Либо расширяются, обеспечивая более равномерное распределение гранул по цитоплазме.
• Концентрация красящего вещества в одной точке приводит к тому, что цвет кожи хамелеона становится более насыщенным. Размешивание по всей клетке дает противоположный эффект.
• Кроме того, изменяется положение самих клеток в коже рептилии, происходит их миграция. Благодаря этому синее пятно с лапки может «перекочевать» на спину хамелеона.
• Недавно в коже животных были обнаружены иридофоры - специфические кристаллы, способные искривлять и даже отражать свет.

Результаты экспериментов

Ученые на 100% уверены в том, что смена окраски завязана на зрительном аппарате рептилии , это уже было доказано в ходе экспериментов. Особи с поврежденными глазами теряют возможность менять цвет.

Если повреждение локализовано на одной стороне, возможность тоже утрачивается только на одной половине тела. Каким образом это связано? Может быть, рептилия неосознанно обрабатывает при помощи зрительного анализатора световые волны и отдает команды к клеткам об изменении конфигурации. А может быть, процесс подчиняется воле и проходит относительно осознанно.

Так уж вышло, что хамелеоны оказались не самыми разговорчивыми подопытными, и объяснять что-то ученым не сочли нужным. Может и не самое разумное решение, учитывая, что эксперименты напрямую связаны с лишением зрения. Остается лишь восхищаться их умением менять свою окраску.

Да, они не единственный вид, способный на такие трюки. Но в массовой культуре любые изменения цвета ассоциируются именно с этими ящерицами. Возможно, в дальнейшем мы получим больше информации касательно того, каким образом у хамелеонов выходит преломлять световые волны и использовать их себе на пользу.

Как изменяется окраска хамелеона?

В стереотипных ситуациях окраска животных изменяется примерно одинаково:

Животное не способно вступать в поединки со своими естественными врагами, так что приходится использовать окраску своей кожи как своеобразное оружие в борьбе за выживание .

Если говорить о мимикрии, она характерна многим насекомым. Выйдя летом на улицу в крупном городе, вы сможете заметить комаров какой-то «неправильной» окраски.

Но еще большим открытием станут бабочки, с кирпичным узором на крыльях . Это простейший пример эволюции и развития, когда всего за пару поколений насекомое приобретает полезное качество, помогающее выжить в условиях изменившейся среды.

Почему рептилия меняет свой цвет?

Хамелеон изменяет свою окраску:

• Потому что произошли перемены в окружающей среде.
• Стало солнечней или темней, повысилась или понизилась температура.
• В связи с ощущением голода или насыщенности.
• Из-за эмоциональных переживаний, особо легко заметить агрессию и страх.
• Даже смена дня и ночи способна окрасить ящерицу в другой цвет.
• О сезоне брачных игр можно и не упоминать, в это время самцы особенно яро упражняются в выведении на своей коже различных узоров.

Рептилия может пытаться скрыться от хищников за счет изменений внешнего вида , но она не пытается подражать фону. Для этого нужна более сложная структура кожи и нервной системы.

Направляясь со своими детьми в террариум, лучше заранее почитать несколько энциклопедий. А то вопросы от ребенка в духе «почему хамелеон меняет цвет?» могут заставить впасть в ступор.

Видео о меняющем цвет хамелеоне

В этом видео доктор биологии Альфред Уайт расскажет, как почему и как именно хамелеоны меняют цвет, продемонстрирует эту способность на камеру:

Для меня это похожее на дракона существо, которое способно менять свой окрас, - самое удивительное создание на свете. Многие думают, что таким образом хамелеоны маскируются под окружающий их фон. Это не совсем так. Возможно, вам будет интересно узнать, как и почему хамелеоны меняют цвет.

Почему хамелеоны меняют цвет

Долгое время ученые предполагали, что хамелеон меняет цвет для маскировки. Однако, последние исследования показали, что они вообще не обращают внимания на то, что их окружает. На изменение окраса влияют переживаемые эмоции, свет или температура воздуха.

Чтобы притянуть к себе солнечные лучи, утром они могут быть чёрного цвета, а днем, чтобы не было жарко, светлеют. Для привлечения партнера в брачные игры они окрашиваются в яркие цвета.

Как это происходит

Происходит это благодаря особым клеткам с цветовыми пигментами - хроматофорам. Находятся они в слоях кожи и зависят от нервной системы. Кожа хамелеона прозрачна, поэтому эти клетки хорошо видны:

• в верхнем слое находятся красный и желтый пигменты;
• далее расположен гуанин, который воспроизводит синий цвет;
• под ним меланин - отвечающий за пигмент черного цвета.

От того, как расположены пигменты в клетке, зависит цвет кожи. Если они находятся в её центре - кожа остается прозрачной. А когда отрезки клетки начинают сокращаться, то пигменты перераспределяются, и кожа окрашивается в интенсивные цвета.

Какие ещё особенности у хамелеонов

Ещё одна особенность хамелеонов - способность быстро схватывать пищу языком. Язык у них в два раза длиннее тела, и выбрасывают они его быстрее, чем можно проследить взглядом. Как только кончик языка касается добычи, она тут же приклеивается к нему и втягивается в рот.

Как для рептилий, то у них очень хорошее зрение. Они могут видеть несколько предметов одновременно, вращая глазами отдельно друг от друга. Но выбрав цель, оба глаза сразу фокусируются в одном направлении.

Хамелеоны - самые загадочные рептилии на планете, которые пугают, завораживают и удивляют одновременно. И несомненно, они стоят того, чтобы знать о них побольше.