О некоторых физических причинах окраски животных

В. И.Арабаджи

Второе издание. Первая публикация в 1954*

Известно, что истолчённое цветное стекло в среднем равномерно отражает все длины волн видимого спектра и поэтому при дневном освещении имеет белый цвет. Наряду с этим, такой хорошо отражающий свет металл, как серебро, в мелкораздробленном состоянии приобретает чёрную окраску. Вышеуказанные различия в свойствах стекла и серебра в первую очередь объясняются особенностями поверхностной структуры отражающих свет частиц. Некоторое значение при этом может иметь и то обстоятельство, что поверхностные электроны прозрачных тел колеблются сильнее внутренних, чем обусловливается интенсивное поверхностное отражение прозрачных тел. Наоборот, у тел с металлической проводимостью в мелкораздробленном состоянии при многократных и беспорядочных отражениях света от элементов поверхностной структуры создаются наиболее благоприятные условия для интенсивного поглощения света свободными электронами металлов, так как металлы, хорошо отражая свет, одновременно хорошо его и поглощают. Таким образом, в результате взаимодействия излучения с веществом, находящимся в мелкораздробленном состоянии, можно получить различные градации ахроматических тонов, включая в пределе белый и чёрный цвет.

Эти имеющие общий характер закономерности применимы и по отношению к животному миру (Дементьев 1948). Ввиду того, что животные северных стран должны более экономно расходовать тепло, чем животные стран южных, для животных северных стран в смысле терморегуляции более выгодна белая или серая окраска, так как, согласно закону Кирхгофа, при прочих равных условиях в этом случае они будут терять меньше тепла излучением в окружающее пространство, чем при чёрной окраске. Наоборот, чем чернее тело, тем медленнее, в соответствии с законом Кирхгофа, оно будет нагреваться (большая теплоёмкость) и тем быстрее охлаждаться излучением в окружающую среду. С этой точки зрения для животных южных стран более выгодной является тёмная окраска, так как при этом они будут медленнее нагреваться и быстрее охлаждаться. Именно поэтому с повышением температуры среды, в которой обитают животные, их окраска должна темнеть, с понижением – светлеть. Если животные существуют в условиях, при которых может иметь место гидрирование поверхностной ткани атомами водорода, возможно обесцвечивание тканей животных благодаря гидрированию.

Одновременно у животных южных стран возможны интерференционные и дифракционные явления при отражении света от тонкослойного покрова крылышек, от многочисленных складок, чешуек и прочих периодически повторяющихся элементов поверхностной структуры, как это имеет место, например, при отражении света от поверхности перламутра, покрытой частой сетью тонких царапин. Из литературы известно, что дифракционные явления наблюдаются обычно на крыльях бабочек, усеянных тонкими чешуйками, на перьях птиц, на поверхности тела некоторых насекомых. В зависимости от структуры отражающей поверхности отражение света может происходить или от явно выраженной внешней границы тел (металлическое отражение), или от элементов поверхностной структуры, сильно развитых в глубину.

При металлическом отражении хорошо отражаются те длины волн, которые одновременно претерпевают наибольшее поглощение, и такие тела в проходящем свете имеют окраску, дополнительную к окраске в отражённом свете. С подобным явлением мы встречаемся при отражении света от надкрыльев жуков и перьев петухов. При глубинном отражении света окраска тел в проходящем и отражённом свете одинакова; она определяется теми длинами волн, которые данными телами не поглощаются. У животных южных стран в зависимости от особенностей их поверхностного покрова возможна комбинация поверхностного и глубинного отражения, что приводит к усилению разнообразия их окраски в сравнении с животными стран северных. Следует отметить, что вообще у веществ, имеющих дисперсную структуру, какими являются, например, ткани животных, взаимодействие вещества со светом осложняется многократными внутренними отражениями и преломлениями. Если полагать, что у животных южных стран ткань имеет более высокую степень дисперсности структуры, то это также может иметь следствием усиление разнообразия окраски.

Насыщенность окраски у млекопитающих зависит также от того, имеют ли они шерсть с длинным ворсом или гладкий мех. В последнем случае окраска менее насыщена и более белесовата. Изменение насыщенности окраски связано с соответствующим усилением или ослаблением поглощения света веществом.

Указанные частные факторы, влияющие на окраску животных, не имеют самостоятельного значения и подчинены более общим биологическим законам жизни животных.