למה אין (כמעט)
כחול בטבע?

הצבעים שאנחנו רואים הם תוצאה של גלי אור שחוזרים לעינינו אחרי שפגעו בחומר כלשהו. כשאור פוגע במשטח מסוים, חלק מהגל נבלע בחומר וחלק מוחזר ממנו. הצבע שנקלט בעין שלנו מושפע מהאורך של הגלים החוזרים. למשל חומר שבלע את כל גלי האור הנראה ייראה לנו שחור לחלוטין, ואילו חומר שקוף הוא כזה שלא בולע אף גל באורכי הגל שאנו רואים. בטבע יש המון צבעים: עלים ירוקים, שלל פרחים אדומים, כתומים וצהובים, בעלי חיים ארסיים בצבעי אזהרה בוהקים ועוד. אבל מה עם הצבע הכחול?

יש כמובן שני דברים כחולים משמעותיים מאוד בטבע: השמיים והים. שניהם נראים לנו כחולים מכיוון שכשהאור המגיע מהשמש פוגע בחלקיקי הגזים שבאטמוספרה ובמולקולות המים שבים, הוא מתפזר לכל מיני כיוונים. אבל הפיזור הזה אינו אחיד. ככל שהאנרגיה של גל אור גבוהה יותר, הוא יתפזר יותר. מכל הצבעים באור הנראה, האנרגיה של גלי האור הכחולים היא הגבוהה ביותר. לכן הוא יתפזר יותר מכל שאר הצבעים וכמות האור הכחול המגיעה לעינינו מהאטמוספרה ומהים תהיה רבה יותר מכל הצבעים האחרים.

שכשהאור המגיע מהשמש פוגע בחלקיקי הגזים שבאטמוספרה ובמולקולות המים שבים, הוא מתפזר לכל מיני כיוונים. | צילום: satit sewtiw Shutterstock

הצבעים של הטבע

בואו נניח עכשיו בצד את השמיים והים וננסה להיזכר בבעלי חיים או בחומרים בטבע שצבעם כחול. מהר מאוד נגלה שהרשימה קצרה מאוד. אומנם יש פה ושם דברים כחולים בטבע, אך הם מעטים.

בעלי חיים וצמחים מקבלים בדרך כלל את הצבע שלהם מפיגמנטים (צִבְעָנִים) – מולקולות שנמצאות בתוך תאים חיים ובולעות גלי אור באורך מסוים. צבע התא, ולכן צבע הרקמה שבה הוא נמצא – למשל עור או שיער – נקבע על פי צבעי הפיגמנטים שבו וכמותם.

אצל חלק מהחיות, ובכלל זה בני האדם, פיגמנטים נוצרים בתוך הגוף עצמו על ידי תאים ייעודיים שזה תפקידם. למשל הצבע החום בעורנו בא מהצבען מלנין, שנוצר בתאי מסוימים בעור האנושי. חיות אחרות מקבלות את הפיגמנטים שלהן בתזונה, באמצעות יצורים חד תאיים, אצות או מינרלים שהן בולעות.

הפלמינגו, לדוגמה, מקבלים את צבעם הוורוד מהאצות האדומות שהם צורכים. גוזלי הפלמינגו בוקעים בדרך כלל כשהם אפורים ומקבלים בהדרגה גוון ורדרד בזכות הפיגמנטים בחלב הזפק שהם מקבלים משני הוריהם, שצבעם מחוויר בעקבות זאת. כשהגוזל מתבגר הוא מתחיל לדאוג בעצמו למזונו ומקבל את הצבענים היישר מהאצות שהוא אוכל.

גוזלי הפלמינגו מקבלים את צבעם הורוד בזכות הפיגמנטים בחלב הזפק שהם מקבלים משני הוריהם, שצבעם מחוויר בעקבות זאת. צילום: Matthew Treadwell Shutterstock

הצבע החסר

הסיבה לכך שאין כמעט בעלי חיים או צמחים שצבעם כחול היא שאין כמעט פיגמנטים כחולים בטבע. כדי שמולקולה תהיה כחולה היא צריכה להיות מסוגלת לבלוע את אורכי הגל האדומים. לכל אורך גל יש אנרגיה מסוימת. כשגלי האור פוגעים באטומים של חומר מסוים הם עשויים לפעמים להעביר את האנרגיה הזאת לאלקטרונים המקיפים את גרעין האטום, ואם האנרגיה גבוהה מספיק היא תגרום לאלקטרונים "לקפוץ" מרמת אנרגיה אחת לרמה גבוהה יותר.

האנרגיה של הגלים באורכי הגל האדומים היא הנמוכה ביותר מבין כל הגלים הכלולים באור הנראה. המשמעות של זה לענייננו היא שכדי שחומר מסוים יוכל לבלוע אור אדום, רמות האנרגיה סביב האטומים שלו צריכות להיות קרובות מאוד זו לזו. מבנה כזה מחייב את החומר לרמת מורכבות גבוהה מאוד. לכן אין כמעט מינרלים כחולים, ונראה כאילו האבולוציה ויתרה כמעט לחלוטין על הקוד הכרוך בייצור צבענים כחולים בתאים חיים. גם אנחנו, בני האדם, מתקשים מאוד לייצר חומרי צבע כחולים באופן מלאכותי במפעלים ובמעבדות.

ציפור עלים כחולת כנף. צבע כחול עז שמקורו בהתאבכות | צילום: Sunti, שאטרסטוק

כמעט כל הצבעים הכחולים שאנחנו בכל זאת פוגשים בעולם החי והצומח הם "צבעים פיזיקליים", שמקורם אינו בפיגמנטים אלא באפקט פיזיקלי של גלי האור. כלומר הצבעים האלה אינם תוצר של חומרים שבולעים את רוב גלי האור הנראה ומחזירים רק את הכחולים, אלא הם נובעים ממבנה החומר עצמו – שמחזיר אלינו בעיקר את גלי האור הכחולים, אך לא בולע את אורכי הגל האחרים.

בשמיים ובים האפקט הזה מושג עקב הפיזור המשמעותי יותר של הגלים הכחולים. לעומת זאת, באזורים הכחולים ברקמות של בעלי חיים וצמחים, כמו קשקשי פרפרי המורפו המפורסמים או הנוצות של ציפורי העלים כחולות הכנף, פועל מנגנון אחר. יש בהן מבנים שמסודרים בכמה שכבות שמצטלבות זו על גבי זו. כשהאור הנראה עובר דרכם, הם מגבירים חלק מגלי האור ומבטלים גלים אחרים בתהליך שנקרא "התאבכות". כך נוצרת תבנית גלים חדשה, שהיא מעין ערבוב של הגלים המקוריים, וכך נוצר מצב שבו עוצמת הגלים הלא כחולים יורדת עד קרוב לאפס ורק אורכי הגל הכחולים מוחזרים לעינינו.

סרטון של אלכוהול על כנפי פרפר מורפו

הצבעים הכחולים שמתקבלים באופן הזה נראים לנו בוהקים, מבריקים ומתכתיים. הם גם משתנים בהתאם לתנאי התאורה סביבם ועל פי הזווית שממנה אנחנו מסתכלים עליהם. מספיק שנכניס שינוי קטן במבנים הללו, והאפקט הפיזיקלי ייהרס ואיתו ייעלם הצבע הכחול המרהיב. צבעים המתקבלים מפיגמנטים, לעומת זאת, לא ישתנו אם נשנה את מבנה החומר. אפילו אם נשבור את החומר למיליון חתיכות קטנות, פשוט נקבל מיליון חתיכות כחולות קטנות.

כמעט כל החיות הכחולות בטבע – פרפרים, ציפורים, נחשים ואפילו חיפושיות – משתמשות במנגנון הפיזיקלי הזה כדי להיראות כחולות ולא בפיגמנטים קבועים. למעשה, התופעה כל כך נדירה עד שכמעט כל יצור שפיתח את היכולת ליצור צבעים פיזיקליים עשה זאת בדרך אבולוציונית עצמאית, ולכן פיתח מנגנון ייחודי לו.

למה כחול כל כך נדיר בטבע?