مقاله ای از حمید رقمی/ پروانه ها و کلکسیونی از رنگ و نقش و نگار/ زیبایی فقط به خاطر زیبایی؟

بسپار/ایران پلیمر ابتدا مختصری در باره نور و رنگ
(نور و رنگ  دو  پدیده  مختلف ولی مرتبط)
سالهاي سال دانشمندان زيادي در صدد پاسخگويي به جواب قانع كننده اي در مورد نور و ماهيت آن بودند، از ايساك نيتون گرفته تا كريستين هايگن  و …؛ ولي دريغ از يك جواب جامع. در پايان قرن نوزدهم ظاهراً اين نتيجه حاصل شد كه نور يك تشعشع الكترو مغناطيسي است. در همين ارتباط بود که در سال 1887 هاينريش هرتز Heirich Hertz و ويلهلم هال واكس Wilhelm Hallwachs پديده اي را مشاهده كردند كه با تئوري فوق يعني تئوري( فقط) امواج الكترو مغناطيسي مغاير بود. برخي از فلزات، هرگاه نور به آنها تابانده شود، داراي بار الكتريكي مي شوند و سرعت جريان الكترون هاي آزاد شده تحت تاثيرشدت نور تابانده شده قرار نداشته بلكه تعداد الكترونهاي آزاد شده اثر مستقيم روی شدت نور دارند.
ماكس پلانك (Max Plank)  مشاهده نمود كه هرگاه به جسمي سياه رنگ نور تابانده شود، انرژي اين نور فاقد يك استمرار(Continuity) بوده بلكه متشكل از واحد هاي انرژي (Energy quanta ) مي باشد و شيئ مورد نظر  قادر نيست به ميزان “دلخواه” و نامحدود انرژي جذب كند ، بلكه ميتواند (فقط ) ضريبي از يك عدد صحيح از واحد كوانتوم را جذب نمايد. اينشتين از مورد ذكر شده اين نتيجه گيري را کرد كه نور تابانده شده به سطح فلز مورد اشاره با نتايج ذكر شده، مجموعه اي از ذرات است و انرژي آن نيز ضريبي است از فركانس اين نور. اين ضريب را بعدها ثابت پلانك” نام نهادند.
از مجموعه مباحث فوق که بسیار “کش دار” بود- با وساطت ماکس پلانک- این نتیجه حاصل شد که :
* نور موجي است از نوع امواج الكترومغناطيسي و (همزمان) ماده است و جرم دارد و یا به عبارت دیگر نورپدیده ای است با خصلتی دوگانه، یعنی  هم‌ ماده است و هم موج ! ” تئوری‌دوال“(Dual)
در جزئیات تشریح ” تئوری‌دوال“ سپس عنوان شد که آن دسته از اثرات نور كه با پخش، انتشار، شكست و انعكاس نور مرتبط می باشند، با “تئوري امواج الكترومغناطيسي” و آن دسته از اثرات نوركه نمايانگر تأثيرمتقابل نور و ماده بر يكديگر هستند، مانند تشعشع و جذب (Emission ,Absorption ) به بهترين نحو از ديدگاه تئوري ذره اي (Corpuscular) قابل توضيح  مي باشند. حال و با توجه به خصلت دوگانه ای که نوردارد، می بایست دوگونه از اثرات نیز برای آن قابل درک باشد (و هست) .
1- آثارخصلت موجی نور و نتایج “رنگی” آن
(رفلکسیون ، شکست، پخش و اینترفرنس)
این گروه از “رنگ ها” به رنگهاي”فيزيكي”معروف شدند ، یعنی  ‌آن دسته ازرنگها  كه عامل پيدايش آن ها نور به عنوان امواج ‌‌الكترومغناطيسي‌‌با فنومن‌های مرتبط با آن مانند شکست، رفلکسیون، اینترفرنس هستند. نمونه هائی از این رنگها عبارتند از رنگين كمان، رنگهاي قابل مشاهده در آسمان درهنگام غروب آفتاب در افق، آبی آسمان ، رنگها ونقش هاي زيبا در پر طاوس، پروانه‌ها،رنگهاي‌ موجوددرصدف‌ها و نوع”دست ‌ساز” آن‌يعني‌ پيگمنت‌هاي‌صدفي‌ و…یعنی  همه رنگهائي بدون پيگمنت ها ومواد رنگزا !
2- آثارخصلت ذره‌ای‌ نور و نتایج ” رنگی” آن
(جذب و رفلکسیون، رِمیسیون ، امیسیون ، ترانس میسیون )
این گروه از رنگها که به ” رنگ های ( با منشاء)شیمیائی” معروف شدند، آن دسته از رنگ ها هستند كه در بوجود آمدن آنها نور به عنوان ذراتِ داراي انرژي نقش آفريني مي‌كند. رنگ‌ها‌ ئی ازاین گروه عبارتند ازكليه مواد رنگ دهنده اعم از پيگمنت يا مواد رنگزا به جز پيگمنت‌هاي ‌صدفي.
حال و بر اساس  آنچه که عنوان شد،  باید  قاعدتاً  ظهور رنگ (به عنوان پدیده ) از دو مسیر « فیزیکی و شیمیائی »  امکان پذیر باشد و هست .
یک سوال و توضیح تکمیلی :
اکنون یک سوال پیش می آید که آیا این امکان وجود دارد که با مخلوط شدن دو نوع رنگ یا  فامِ  مختلف و به وجود آمده از دو منشأ ( شیمیائی و فیزیکی )، یک  فام جدید، ایجاد گردد؟
درجواب این سوال باید گفت «آری»، … دنباله این مطلب را می توان در وبلاگ و در پست شماره …. تحت عنوان :
…” رنگ ” در دنیای حیوانات ، بسیار فراتر از فقط بخاطر ” رنگ” در صورت تمایل مطالعه کرد.

1- پروانه هائی که رنگ آن ها منشأ  شیمیائی دارد
( یعنی رنگ ناشی از خصلت “ذره ای” نور )
جزئیاتی از دو نمونه ماده رنگ دهنده در پروانه ها
پروانه ها با رنگ ها ونقش ونگارهای زیبایشان همیشه سوژه هائی جذاب و تماشایی هستند . از این رو عمدتاً از شروع دهه 50 میلادی تلاش های زیادی برای پی بردن به ساختار رنگ ها در این موجودات زیبا ، مورد توجه بیولوژیست ها و شیمی دانان قرارگرفت. رمزگشائی از ساختار این مواد رنگ دهنده نسبتاً سخت و بسیار پرمشقت بود و یکی از دلایل پر مشقت بودن این تحقیقات، استخراج و خالص سازی مواد رنگ دهنده آن ها بود، بخصوص اینکه این مواد معمولاً به پروتئین هایی متصل هستندو این جداسازی-بدون تخریب ساختار ماده رنگ دهنده کار را بغرنج تر می کرد.
موضوع دیگری که بر بغرنجی کار می افزود، میزان بسیار اندک ماده رنگ دهنده در پروانه بسیار سبک وزن بود  . به عنوان یک نمونه ذکر شود که  برای استخراج از پروانه سفید رنگ(تصویر) با نام آلمانی Kohlweißling ونام علمی  Pieris rapae ، حدود یک میلیون  از این نوع پروانه مورد نیاز بود که با مشقت و کمی هم ” بی رحمی و حیوان آزاری” تهیه شد. محصول بدست آمده برای کشف ساختار ماده رنگزا بنام Leucopterin حدود 200 میلی گرم بود که البته کافی به نظر می رسید. همچنین پروانه زرد رنگ با نام آلمانی Zitronenfalter و نام علمی Gonepteryx rhamni بود و ماده رنگزای درون آن Xanthopterin است که به لحاظ شیمیائی بسیار نزدیک به ساختار ماده رنگزای درون پروانه سفید رنگ تشخیص داده شد.

با مقایسه مواد رنگ زای درون هر دو پروانه ( از یک خانواده)،در تصویر  قابل مشاهده است که  Leucopterin یک ترکیب از نوع یک کتون از  Xanthopterin است. در این حالت با ورود یک اتم اکسیژن به ساختار، کونژوگاسیون (غیرمستقر) ازهم پاشیده شده و این  به معنی تغییردر طول موجِ جذب ماکزیمم ترکیب است که عامل تغییر فام است.
2- پروانه هاي رنگ شناس

براي انسان ،تا زماني كه نور (فقط) كافي باشد و نيز در صورت تغيير منبع نور، رنگ ها قابل تشخيص اند؛ .در هواي آفتابي در حوالي ظهر، در هواي ابري و يا در نور چراغ ، اگرچه که  چشم (انسان)در شرايط نام برده، با طيف هاي متفاوتي از نور مواجه است، ولي به رغم اين موضوع ،چشم اين توانائي را دارد كه رنگ ها را به درستي تشخيص دهد
حشرات، از جمله پروانه ها در جستجو و يا فتن مواد خوراكي شيرين و مورد علاقه از توانائي هاي ويژه  برخوردارند ،به عنوان مثال زنبور عسل بخوبي رنگ ها را تشخيص مي دهد ،حتي زماني كه “زمينه ” رنگ تغيير ميكند . اين بدان معني است كه در زمان طلوع خورشيد، در زمان غروب ،وحتي بعد از غروب خورشيد “درست به هدف ميزند ”
درگزارشAnna Balkenius  و Almut Kelber از دانشگاه Lund  در مجله صاحب نام Journal of Biology //Bd207 ماجرا به شرح زير پيگيري شد .
تست هائي روي دو گروه از دو وارياته  مختلف پروانه ها صورت گرفت.  گروه اول با نام علمی Macroglossum Stellatum از این پروانه که يك ميهمان هميشگي تابستان ها در منطقه مديترانه است، با علاقه زياد در هنگام طلوع خورشيد به پرواز در  آمده و از گلی به گل ديگر، غذا  جستجو مي کند.  طيف نوري در اين فاصله زماني-طلوع- در يك فاز تغييرات لحظه اي و نسبتاً شديد است. گروه دیگر پروانه از خانواده Deliephila elpenor ، با علاقه زياد در هنگام غروب آفتاب پرواز می کند. اين پروانه كه در مناطق اسكانديناوي و در اروپاي مركزي منزل دارد، چشمان تيزبيني براي تشخيص رنگ ها دارد ، بطوريكه در تاريكي نسبي نيز قدرت تميز تفاوت ها را دارد، بطور مثال در نور نقره اي ماه و حتي در نور ضعيف ستاره ها ،گل ها و شكوفه ها را از روي رنگ آنها شناسائي مي كند .
هر دو گروه بسيار ماهرانه عمل كرده و اگر چه علاقه بيشتري به رنگ هاي زرد و آبي دارند، ولي بسرعت مي آموزند كه درگل هاي سبز نيز ميتوان مواد شيرين و قابل تناول پيدا كرد.پس از اينكه مفيد بودن “رنگ سبز” را آموختند، به اين رنگ نیز تمايل فراواني پيدا کردند. دو محقق سوئدي نامبرده از دانشگاه Lund با فيلتر كردن نور در رنگهاي مختلف و همزمان قرار دادن خوراكي هاي مورد علاقه اين پروانه ها در محل نور فيلتر نشده ( ازنوع فام نارنجي و يا قرمز) به اين نتيجه شگفت آور رسيدند كه فقط رنگ هاي مورد علاقه -حتي به رغم فيلتر  جذاب هستند و نه رنگ ديگري و نتيجه گيري كردند كه (به احتمال زياد) رنگ زمينه تأثير گذاري بيشتري از طول موجِ نور در حال تابش دارد .
3- وقتي كه زيبائي مصونيت مي آورد!

پروانه ها با نقش و نگارهايشان براي ما هميشه زيبا هستند، بقدري زيبا و به خصوص متنوع كه به سوژه جالبي براي كلكسيونر هاي “جمع آوري كننده پروانه ” تبديل شده اند (در برخي از كشور ها ممنوع شده است ). البته اين زيبائي هاي خيره كننده در بال هاي پروانه ها يك واجب اضطراري براي اين موجودات است.
چگونه به اين زيبائي ها دست يافته اند ؟ ساختار اين نقش و نگار ها ازچيست و… ؟
در اين خصوص بيولوژيست ها مدت ها است كه تحقيق مي كنند و محققان آمريكائي چندی پیش  به دلايل وجودي اين رنگ ها و نقش ونگار ها دست يافته اند، رنگ هائي از مشابه رنگين كمان گرفته تا خطوط با رنگ هاي درخشنده و منظم و لكه هائي در رنگ ها و اندازه هاي مختلف! همه اين زيبائي ها براي پروانه در وحله اول  موضوع مرگ و زندگي است و سپس  چگونه زندگي كردن،در جفت يابي و… يك چيز مسلم است و آن اينكه اين زيبائي ها و بخصوص لكه هاي سياه رنگ موجود در بال پروانه ها ، اگر چه خيره كننده و اعجاز انگيز، ولي (یقیناً) براي خوش آمدن و لذت بردن ما آدم ها بوجود نيامده اند !
(در حاشیه : ” آدم و انسان”  دو واژه و بخصوص دو محتوای متفاوت ! )
اين لكه ها ي قهوه اي تا سياه رنگ بيشتر به خاطر ترساندن پرنده هائي بوجود آمده اند كه از خوردن پروانه ها لذت مي برند ، لكه ها شباهت زيادي به “چشم” براي پرنده هاي شكارچي  داشته و لذا پرنده ها بجاي خوردن پروانه از آن مي گريزند. اين امر بخصوص زماني صادق است كه – در برخي از پروانه ها- با تغيير فرم بال ها، لكه ها نيز تغيير ميكنند، كوچك تر و يا بزرگ تر مي شوند،كم رنگ ترو يا پر رنگ تر و …
اين بود خلاصه اي از فونكسيون “ايجاد مصونيت ” به كمك  زیبائی و نقش و نگار ها. مورد ديگرِ علت وجودي اين رنگ ها براي شناسائي شدن توسط هم گروه ها و هم خانواده ها بویژه در هنگام جفت يابي (شريك يابي! ) است !
رنگ ها چگونه پديد مي آيند ؟
خطوط،لكه ها و…. همه در اثر وجود پولك ها و يا پرك هائي مي باشند كه رفلكسيون نور را در جهات مختلف باعث مي شوند  بال ها از پولك هاي (Flecks) پايه و پوشاننده به زبان رنگ ساز ها، آستري و رويه- ساخته شده اند .اين لايه ها بصورت نسبتاً متراكم  روي هم قرار داشته  و داخل آن ها(پر ها) مملو از هوا !در برخی از موارد پيگمنت هائي نيز وجود دارند ، بطوريكه براي “رنگي” شدن از هر دو فنومن نور استفاده مي شود، هم شكست، رفلكسيون واينتر فرنس نور و هم وجود مواد رنگ دهنده !
محققان آمريكائي Robert Reed از دانشگاه Duke Univ. و Michael S. Serfas از دانشگاه Wisconsin Mediason عامل اصلي در اين “وقايع رنگي” را دو نوع ژن “Notch and Distal less” مي دانند. آنها همچنين معتقدند كه چگونگي بروز “اين همه رنگ” موضوعي است كه به نحوه تنظيم و Timing اين ژن ها در طول تكاملشان مربوط مي شود. بگفته اين محققان در اين مدت زماني ژنوم اصلي (الزاماً) تغيير نيافته است، بلكه بيشتر تأ ثير آنها روي يكديگر، عامل تعيين كننده بوده است. همچنین يك پروتئين تعيين كننده در Notch باعث بوجود آمدن و تشديد Communication بين سلولي گرديده و ژن Distal-less فعاليت ساير ژن ها را تنظيم مي كند. اين قصه سر دراز دارد !
منبع : Farbimpulse//wissen.//Brilux GmbH
4- وقتی سیمتری (تقارن) خطر آفرین می شود

پروانه هایی با نقش و نگار هاي كاملاً قرينه  ولي درخطر !
تقارن يا Symmetry و درك و فهم آن نه تنها يك ويژگي براي انسان متفكر است،كه در دنياي حيوانات نيز بسيار گسترده و نسبتاً عمومي است . عدم تقارن يا  Asymmetry  نيز ارزش هاي خود را دارد، ازجمله و به ويژه براي استتار، همانگونه كه در رنگ آميزي خود روها، ادوات و لباس هاي نظامي مورد استفاده فراوان قرار مي گيرد .
بسياري از پروانه ها با نقش و نگار هاي بسيار زيبا و متنوع خود كه در تقارن كامل نيز مي باشد، درست به دليل وجود همين تقارن است كه به طور دايم با خطر از دست دادن حيات مواجه هستند !
اين يافته محققاني از School of Biological Sciences in Bristol  به سر گروهي Innes C.  Cuthill  مي باشد كه در Proceedings of the Royal Society“, Teil B, Bd. 273, S. 1267)) به چاپ رسيده است .
روش كار به اين ترتيب بود كه پروانه هائي از جنس مقوا ساخته شدند كه بجای  بدن پروانه ، كرم هاي كوچكي قرار داده شد. روي مقواها  كه به رنگ خاكي قهوه اي بودند،  نقاشي هائي از طريق “عكس برگردان” چسبانده شد، تعدادي بصورت كاملاً قرينه وتعدادي هم نا متقارن. سپس اين پروانه هاي مصنوعي در نقاط مختلف، روي شاخ و برگ درختان قرار داده شدند و سپس كمي انتظار براي از راه رسيدن پرندگان ؛ پرندگاني كه “خوراك پروانه” را بر هر غذاي ديگري ترجيح مي دهند! پروانه هائي كه نقاشي هاي روي آنها به صورت قرينه بود، اكثراً بسيار سريع توسط پرندگان پيدا و خورده شدند (البته كرم هاي روي مقوا ها ) و اين در حالي بود كه پروانه هاي با اشكال نا متقارن مدت زيادي سالم ماندند!
حال  اين كه چرا كرم های روي “پروانه “هاي غير متقارن توسط پرندگان پيدا نشد و يا پيدا شد ولي خورده نشد؛ يك راز است و يا اينكه اصولاً چرا اشکال و نقش و نگار هاي پروانه ها به صورت قرينه است؟ يك راز ديگر! ؟
5- پروانه های ترانسپارنت  
(ساختارهای نانوئی که رفلکسیون را “سرکوب” می کند)

ابتدا در حاشیه:
این روزها از واژه “نانو”- با ربط و بی ربط- بقدری استفاده می شود که خطر “بد فهمیده شدن” و در گروه افراد ” نانو دوست یا نان  به نرخ نانو خور” قرار گرفتن، وجود دارد !  بگذریم
به موضع بر گردیم
تقریباً غیرقابل دید، بالهای پروانه مذکور هیچ گونه نوری رامنعکس نمی کند. زاویه تابش نیز قادر به تغییر این ویژگی نیست ولذا پروانه مذکور عملاً ترانسپارنت جلوه می کند. محققانی از شهر کالسروهه که این راز رابرملا کردند ،معتقدند که ساختارهای نانوئی نسبتاً “درهم”وغیر سیمتری در بال های این پروانه نه تنها کاملاً آبگریزاست ،بلکه خودتمیز شونده نیز می باشد وهیچ گونه نوری را هم منعکس نمی کند..
پروانه مذکور (Greta oto) که عمدتاً درآمریکای مرکزی زیست دارد ،بایک ترفندجالب از پرنده های “خورنده” مخفی گشته وبا نامرعی شدن درامان می ماند. درطبیعت مواد ترانسپارنت نامرعی بازهم یافت می شود که درتابش مستقیم وعمودی نورغیرقابل رویت هستند،واین درحالی است که  پروانه موردنظر ازیک ویژگی خاصی برخورداراست  که تابش نور درکلیه زوایا را ازخودعبورداده ودرتمام زوایا  ترانسپارنت جلوه می کند.
محققان انستیتو تکنولوژی درکالسروهه (آلمان) که این پدیده نادررا بیشتر زیر ذره بین گرفتند ،به کمک میکروسکوب های الکترونیکی دارای وضوح بالا دریافتند که درجانوران “ترانسپارنت”  دیگر رفلکسیون درحد بسیارکم وجوددارد وچیزی که این پروانه را مستثنی می کند ، ستون های نانومتری درابعاد 400تا600نانومتر با فواصلی بین 100تا140نانومتر می باشد که عامل این فقدان رفلکسیون (حتی) بسیارکم است و نتیجه آن ترانسپارنت بودن در هرزوایه ای ازتابش است،پدیده ای که قادراست درآینده (احتمالاً)درعینک های دارای درصد بسیارکمی بازتاب (نور) مورداستفاده قرارگیرد.
منبع : Karlsruher Institut für Technologie, 23.04.2015 – RPA
… و در آخر  یک موضوع ” غیر رنگی” ولی  مرتبط با پروانه ها:
(“پروانه ها با شیر چه رابطه ای دارند؟ “)
از : Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie
درجنوب آلمان، پروانه”شیردزد”یا “خامه دزد” نامیده می شود. درانگلستان این موجودات را Butterfly می نامند .
نام آلمانی برای پروانه “شمترلینگ” (Schmetterling) است .
ریشه این نام گذاری ها چیست ؟
سری به پراگ می زنیم. دراین شهر دربرخی از مغازه ها ی فروش محصولات لبنی “سمتانا” (Smetana ) عرضه ‌می‌شود.
“سمتاتا “به‌زبان‌آلمانی”زانه”(Sahne) وبه فارسی خامه می شود .دراسلوونی خامه را (Smetana )و دراتریش “شماند”
( Schmand)می نامند. به این ترتیب ما آرام آرام به واژه آلمانی شمترلینگ (Schmetterling) برای پروانه نزدیک می شویم. اکنون سوال این است که به چه دلیل پروانه ها به “شیردزد” یا”خامه دزد” معروف شده اند ؟
درگذشته ظروف یا دبه های شیر وسرشیر سرباز درگوشه کنار بودند، ازطرفی آنروزها بسیار بیشتر از امروز پروانه وجود داشت و اطراف ظروف شیرمعمولاً پر بود ازپروانه هائی‌که از شیرمی نوشیدند، این شیرو خامه خوری پروانه ها به مزاق شیردارها و شیرفروش ها به هیچ وجه خوش نمی آمد. چراکه آنان هم وضع مالی خوبی نداشتند و هم اینکه ملزم به دادن یک دهم از شیر یا خامه خود به عنوان مالیات به حاکمان محلی وقت بودند و به همین دلیل حتی یک قطره شیر نیز برایشان ارزش داشت.حال و با این توصیف اگرموجود یا موجوداتی این کالاهای  باارزش، یعنی شیر، سرشیرو خامه را – معمولاً بدون مجوز- تناول کنند، چه لقبی به آنها داده می شود ؟
“شیردزد” یا “خامه دزد”
اکنون یک سوال دیگر مطرح می شود و آن اینکه  چرا پروانه ها شیر (پرچرب) و خامه دوست دارند؟
پاسخ:
هرازگاهی ‌پیش ‌می‌آیدکه ‌مشاهده می شود پروانه یا مگسی، اگرچه هنوززنده، ولی یک گوشه، معمولاً درکنارپنجره بی‌حرکت افتاده است. حال و درصورتیکه ‌مقداری ‌آب ‌شکربه ‌این موجودات ازحال رفته خورانده شود، مشاهده می گردد که‌آنها-پس ازاین‌سوختگیری- دوباره “جان گرفته”و پرواز می کنند. ازاین میان مگس پس ازکوتاه زمانی مجدداً شروع به پریدن می کند، درحالی که پروانه هنوز قادربه حرکت نیست، ولی پس از مدتی آرام آرام ازجا برمی خیزد و چندلحظه بعدهم…پرواز !
این تفاوت بین مگس پروانه ازکجا ناشی می شود؟
مگس ها ازقند به صورت مستقیم به عنوان ماده انرژی زا استفاده کرده و قندرا اکسید می کنند . پروانه ها ولی اضافه برقند به اسیدهای چرب نیز نیازدارند. یک پروانه بی رمق و ازحال رفته، بخصوص اگر مدتی برای خورده نشدن توسط یک پرنده، درحال تلاش و فراربوده و تمام ذخیره چربی خود را سوزانده باشد، می بایست ابتدا با استفاده از آب قندی که به او خورانده شده، چربی سنتز کند. این پروسه،یعنی سنتز چربی از قند مقداری زمان می برد و به همین دلیل هم تا شروع مجدد پرواز – درمقایسه بامگس- مدتی طول می کشد ! !
منبع : Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie

 

وبلاگ علوم و تکنولوژی رنگ