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SCIENTIFIC AMERICAN May 2012

Nature’s Color Tricks

生物の色彩マジック

By Philip Ball P. ボール
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The changing hues of a peacock’s splendid tail feathers have always captivated curious minds. Seventeenth-century English scientist Robert Hooke called them “fantastical,” in part because wetting the feathers caused the colors to disappear. Hooke used the recently invented microscope to investigate the feathers and saw that they were covered with tiny ridges, which he figured might produce the brilliant yellows, greens and blues.  クジャクの鮮やかな尾羽が色合いを変える様子は,昔から知りたがり屋の好奇心の的となってきた。17世紀英国の科学者フック(Robert Hooke)は,尾羽を濡らすと色が消えることもあって,クジャクの羽を「ファンタスティカル(素晴らしくも奇怪)」と形容した。フックは当時発明されたばかりの顕微鏡で羽を調べ,尾根のような小さな隆起に覆われていることを発見し,これが目もあやな黄色と緑,青を生み出しているのではないかと考えた。
Hooke was on the right track. The intense colors of bird plumages, butterfly wings and the bodies of squid are often produced not by light-absorbing pigments but by arrays of tiny structures that are just a few hundred nanometers wide. The size and spacing of these structures pick out particular wavelengths from the full spectrum of sunlight. The hues are also often iridescent, changing, like magic, from blue to green or orange to yellow, depending on the angle at which we see the animal. And because the colors are produced just by reflecting light rather than absorbing some of it, as pigments do, they can be more brilliant. The blue morpho butterfly of South and Central America can be seen from up to a kilometer away; it seems to shine when sunlight penetrates a tropical forest canopy and bounces off its wings.  この考えは正しかった。鳥の羽毛やチョウの羽,イカの体の色は,光を吸収する色素ではなく,幅わずか数百nmの小さな構造が並んだものによって生み出されている場合が多い。こうした微細構造のサイズと間隔に応じて,特定の波長が日光のスペクトルから選び出される。また,見る角度によって,その色合いが魔法のように青から緑へ,あるいはオレンジ色から黄色へと,玉虫色に変化する例が多い。そして,色素が一部の光を吸収して色を生んでいるのとは異なり,光を反射しているため,色彩はより際立って鮮やかになる。例えば中南米の青いモルフォチョウは1km離れたところからも見える。熱帯林に差し込んだ日光が羽で反射し,まさに輝いているようだ。
Scientists are beginning to understand more fully how the delicately arranged nanostructures of living organisms manipulate light, which in turn is inspiring engineers to mimic the biological designs in new, man-made optical materials. The materials could lead to more brilliant visual displays and new chemical sensors, as well as to better storage, transmission and processing of information.  生物が持つ精巧に配置されたナノ構造がどのように光を操っているのか,その全貌が解明されつつあり,そうした仕組みをまねて新たな人工の光学材料を開発する研究が進んでいる。より鮮やかな表示装置や新たな化学センサー,優れた情報記録・伝送・処理につながる可能性がある。
We know relatively little about how these biological structures evolved, but we are at least learning how they are formed and how they produce fantastical colors. Nature does not have sophisticated technologies such as electron beams that can etch thin layers of material, so it has relied on ingenuity instead. If engineers can master the same art, they might develop cheap fabrics that change appearance like the camouflage of squid or like computer chips that transmit information optically instead of electrically and at blazing speeds. Here we look at some of nature’s tricks for forming structures that create color and the ways inventors are trying to exploit them.  こうした生物のナノ構造がどのように進化してきたのかはよくわかっていないが,それらがどう形成され,どのようにファンタスティカルな色彩を生むのかについては解明が進んでいる。自然は薄膜を加工する電子ビームなどのハイテクを持っているわけではないが,その代わりに卓抜な技を用いてきた。同じ匠の技を工学的にマスターすれば,イカのカムフラージュのように変化して見える斬新で安価な織物や,情報を電気的にではなく光学的に高速で伝送するコンピューターチップなどを開発できるかもしれない。以下に,色を生み出す自然のナノ構造の例と,それをまねる試みをいくつか紹介する。