В курином глазу обнаружено вещество в странном состоянии

В курином глазу было обнаружено ранее невиданное в биологии состояние вещества под названием «неупорядоченная сверходнородность». Это расположение частиц неупорядочено на близких дистанциях, но имеет скрытый порядок, что позволяет веществу вести себя одновременно как кристалл и как жидкость.

Открытие произошло, когда исследователи изучали конические крошечные светочувствительные клетки, отвечающие за восприятие цвета в глазах цыплят.

Для кур и других птиц, которые наиболее активны в дневное время, эти фоторецепторы бывают в четырех разных цветах — фиолетовом, синем, зеленом и красном — и пятом типе для определения уровня освещенности. Каждый тип конуса — разного размера.

Эти клетки выстраиваются в один слой ткани на сетчатке. У многих животных конусы расположены определенным узором. У насекомых, например, выстраиваются в гексагональную схему. Конусы в глазу курицы, казалось, были неупорядочены.

Однако исследователи создали компьютерную модель, имитирующую расположение куриных конусов, и выявили крайне аккуратное строение.

Вокруг каждого конуса есть так называемая зона исключения, которая запрещает другим конусам такого же типа располагаться слишком близко. Следовательно, у каждого типа конуса есть свое собственное равномерное расположение, но пять различных паттернов из пяти разных типов конусов наслаиваются беспорядочным образом.

«Поскольку у конусов разные размеры, система не может перейти в кристаллический или упорядоченный порядок, — говорит Сальваторе Торквато, профессор химии Принстонского университета. — Система страдает от невозможности найти оптимальное решение с упорядоченным строем. Но хотя паттерн может быть неупорядочен, он должен быть наиболее равномерным. Таким образом, неупорядоченная сверходнородность стала отличным решением».

Материалы в состоянии неупорядоченной сверходнородности напоминают кристаллы, поскольку сохраняют плотность частиц постоянной на больших пространственных дистанциях. Но также эти системы ведут себя как жидкости, поскольку обладают одинаковыми физическими свойствами во всех направлениях.

Исследователи говорят, что неупорядоченная сверходнородность, возможно, впервые наблюдается в биологической системе; ранее ее видели только в физических системах, таких как жидкий гелий и простая плазма.

В случае с куриными глазами, исследователи предполагают, что такой порядок конусов позволяет свету поступать в глаза птиц равномерно. Инженеры смогут черпать вдохновение из неупорядоченной сверходнородности в природе для создания оптических схем и световых детекторов, чувствительных или устойчивых к определенным длинам волн света.

По материалам журнала Physical Letters B.