Kelebek Kanatlarındaki Canlı Renk Paleti

Elinizde hiçbir boya malzemesi olmadan, sizden asla solmayacak bir resim yapmanız istense ne yapardınız? Muhteşem bir renk uyumu oluşturmanız gerektiğinde, elinizde kimyasal boya maddeleri olmadan bunu yapmanızın imkansız olduğu açıktır. Ancak doğada yaratıldıkları ilk günden bu yana, hiçbir renk pigmenti olmadan hayranlık uyandırıcı muhteşem renkler sergileyebilen canlılar vardır.

Cisimleri Nasıl Renkli Görürüz?

Boya malzemelerinde de kullanılan “Pigment” adı verilen kimyasal maddeler, renkleri belirlemektedirler. Pigmentler ışığın belli dalga boylarını emer, diğerlerini yansıtırlar. Biz de o dalga boyuna karşılık gelen ışığı renk olarak algılarız, örneğin kırmızı bir çiçek, tüm renkleri emerek sadece kırmızıyı yansıtan pigmentleri sayesinde kırmızı olarak algılanır. Ancak son yıllarda yürütülen çalışmalar, pigmentler olmadan da bazı canlılarda renklerin meydana gelebildiğini göstermiştir. Peki bu canlılar, pigment kullanmadan nasıl muhteşem renkler sergileyebilmektedirler?

şık, foton adı verilen taneciklerden meydana gelmiştir. Fotonik yapılarsa, fotonların hareketlerine cevap verecek ve bunların belli amaçlarda yönlendirilmesini sağlayacak bir düzende yaratılmıştır.

Bazı Canlılarda Renkler Yerine Var Olan Fotonik Yapılar

Çeşitli kelebeklerin yer aldığı Avustralya Müzesi’ndeki bazı kelebeklerin, onlara renk veren pigmentlerin etkisini zamanla kaybetmesiyle solup matlaştığı, bazı türlerin ise, parlak ve canlı renklerini aradan uzun süre geçmesine rağmen koruduğu tespit edilmiştir. Bilim adamları bunun üzerine bu kelebeklerin renklerinin kaynağının pigmentler olamayacağını anlamış ve yapılan incelemeler sonucunda bu kelebeklerin renklerinin canlı kalmasının sebebinin onlarda bulunan “fotonik yapılar” olduğunu ortaya çıkarmışlardır.
Bu kelebeklerden biri Morpho rhetenor türü kelebeklerdir.

• Çok uzak mesafeden dahi seçilebilen göz alıcı mavi renkleri, bilim adamlarını bu canlılar üzerinde incelemeler yapmaya yöneltmiştir.

• Bilim adamları bu kelebeği detaylı olarak incelediklerinde bir yaratılış harikası olan mikro kristallerle karşılaşmışlardır.
• Bu kelebeklerin kanatlarındaki çok katmanlı tabakalar ve boşluklar, çok hassas bir düzenle dizilerek fotonik kristal bir yapı oluşturmuştur. Bu fotonik kristal yapıysa, ışığın diğer bütün dalga boylarını geçirip maviyi yansıtarak kelebeklerin kanatlarının parlak mavi renkte görünmesine neden olmaktadır.

Fotonik Yapılara Doğadan Örnekler

Doğada, renkleri pigmentler yerine vücutlarındaki fotonik yapılar sonucunda oluşan canlılar; ışığın karışık yansıması, kırılarak yayılması ve saçılması sonucu oluşan yapısal değişiklikleri kullanarak renklerini yansıtmaktadırlar. İşte kelebek kanatlarındaki, sinek kuşu, papağan ve ördek tüylerindeki, tavus kuşunun kuyruğundaki, herkül böceğindeki, güvelerdeki ve denizyıldızı türleri gibi bazı deniz canlılarındaki muhteşem yanardöner renklerin kaynağı onlarda bulunan fotonik yapılardır.

Bazı kuşlar inceden inceye özenle renklendirilmiş tüylere sahiptir. Örneğin, tavuskuşu muhteşem yanardöner renkleriyle kusursuz bir yaratılış delilidir. Tavuskuşunun kuyruğu göz pozisyonu değiştirildiğinde farklı renklere sahip gibi görünür. Bu yanardöner renklerin temel nedeni, bu canlıların tüylerinde yaratıldıkları ilk günden beri bulunan fotonik kristallerdir.

Doğada Görsel Bir Şölen: Yanardöner Renkler

Yanardönerlik, gözlemcinin görme pozisyonunu değiştirmesiyle bir nesnenin renk görünümünün değişmesi demektir. Bu yanardöner renge bir örnek olarak, su yüzeyine yayılan yağ tabakasındaki renklerin, farklı açılardan gözlendiğinde değişmesi verilebilir. En parlak ve en saf pigment renklerle bile elde edilemeyen bu yanardöner renkler oldukça etkileyicidir. Işık açısındaki veya gözlemcinin pozisyonundaki ufak bir değişim ile renklerde meydana gelen görkemli değişim, bu renklere muhteşem bir güzellik verir.

Fotonik yapılar kelebeklerin kanatlarına sadece parlak ve göz alıcı görünüm kazandırmakla kalmaz, aynı zamanda küçük açı değişimlerinde farklılaşan yanardöner renkler meydana getirir. Bu ışık oyunu gerçek bir görsel şölendir. Yüce Allah’ın Sani (Sanatçı) isminin tecellisi olan doğadaki kelebek, güve, bazı böcek türlerinde ve tavus kuşlarının kuyruğunda; papağan, sinek kuşu, ördek gibi bazı kuşların tüylerinde görülebilen bu muhteşem görüntünün temelinde de fotonik kristal yapılar bulunur.

Bilimin Fotonik Yapıları Keşfi

Bilim adamlarının ifade ettiğine göre, günümüzde fotonik kristalleri “nanolitografi” adı verilen yöntem yardımı ile yarı iletkenler kullanarak üretmek mümkündür. Işığın dalga boyunun onda biri inceliğinde (30-50 nm) olan bu yapılarda oluşturulan düzensizlikleri kullanarak ışığın çok küçük bir alana sıkıştırılabileceği belirtilmektedir. 1980’li yılların sonuna doğru keşfedilen bu fotonik kristaller, metal veya yalıtkan malzemelerde moleküllerin düzenli dizilimiyle şekillendirilen yapılardır. Oysa doğada fotonik yapılar Kambriyen döneminden beri yani 500 milyon yıl önceden beri vardır. Bilim adamları 20. yüzyılda fotonik yapıları teknolojide kullanmaya başladılar. Ancak doğaya bakınca gördüler ki kendilerinin henüz kullanmaya başladıkları fotonik yapıları kuşlar, böcekler, kelebekler, denizyıldızları zaten milyonlarca yıldan beri kullanıyorlar. Bilim adamları milyonlarca yıldır fotonik yapıların doğadaki yaratılış delili canlılar tarafından kullanıldığı ile ilgili olarak şöyle bir açıklamada bulunmuşlardır:

“Bizim sentetik yapılar kullanarak ışık dalgalarını ustalıkla kullanmaya başlamamızdan milyonlarca yıl önce, biyolojik sistemler, zaten göz alıcı optik etkiler üretmek için nanometre ölçeklerindeki mimarileri kullanıyorlardı.” (Dr. Peter Vukusic ve Prof. J. Roy Sambles, İnce Tabaka Fotonikler, Fizik Okulu, Exeter Universitesi, İngiltere)

Fotonik Kristaller Nasıl Bir Yapıya Sahiptir?

Renkleri pigmentler yerine fotonik yapılarla oluşan canlılar; ışığın karışık yansıması, kırılarak yayılması ve saçılması sonucu meydana gelen yapısal değişikliklerin sonucunda renklerini yansıtırlar. Bu yapılar, 500 milyon yıl önce Kambriyen dönemini başlatan, canlılığın ani ve muazzam çeşitlenmesi olan Kambriyen patlamasından beri bulunmaktadır. Dolayısıyla kelebekler de diğer canlılar gibi kanatlarındaki bu fotonik yapıları ilk yaratıldıkları zamandan yani milyonlarca yıl öncesinden beri taşırlar. Ancak bu noktada dikkat çeken, kelebek rengini üreten pulların mikro yapılarının bugüne kadar suni olarak üretilememiş olmasıdır. Peki kelebek kanatlarındaki olağanüstü renkliliği meydana getiren bu fotonik kristaller, nasıl bir yapıya sahiptir?

Kelebek Kanatlarındaki Renk Üretimi

Kelebek kanatlarındaki rengi üreten iki temel mekanizma vardır. Biri alışılmış renkler diyebileceğimiz renkleri, diğeri ise mükemmel yanardöner renkleri meydana getirir.

Alışılmış renkler belirli dalga boylarını emen ve diğerlerini yansıtan kimyasal pigmentlerin varlığına bağlıdır. Örneğin bitki yaprakları “klorofil pigmenti” nedeniyle yeşildir, havuç “karoten” ismi verilen pigmentin varlığı nedeniyle turuncudur. İnsan derisinin ve saçının farklı renklerde olmasının sebebi ise “melanin” pigmentidir.

Yanardöner renkler ise pigmentlerle meydana gelmez. Kanatlardaki fotonik yapıların sonucudur.

Bazı kelebekler, her iki mekanizmayı kullanarak üstün bir ışık teknolojisiyle renk yaymaktadırlar. Bunlardan biri olan Afrika çatalkuyruklu kelebeği, 30 milyon yıldan beri görenlerde hayranlık uyandıracak şekilde renk yayar. Bu kelebek türünde son derece detaylı bir ışık teknolojisi vardır. Kelebeğin kanadı yüz binlerce ufak pullardan oluşur. Pulların içinde flüoresan pigmentleri vardır. Bu pigmentler, UV dalgaları emerler ve bunu mavi-yeşil renk olarak geri verirler. UV, görünür ışığın dışında olan bir dalga türüdür. Örneğin karanlık bir odada UV’ye maruz bırakılan bu kelebeklerin mavi-yeşil renkte ışıldadığı görülür.

Yüce Allah kelebekteki ışığın verimli bir şekilde geri verilmesi için de mükemmel bir sistem yaratmıştır. Kelebekteki renk pigmentlerinin altında katmanlarla kaplı bir bölüm vardır. Bu katmanlardan oluşan yapı, son derece özel bir “ayna görevi” görür. Ancak bu bildiğimiz aynalardan farklıdır. Aynalar, üzerine düşen ışığın hepsini geri çevirirken kelebekteki bu katman, yalnız istenen dalga boylarını geri döndürür. Bu da kelebekte yüksek kaliteye sahip renkli bir görünüme sebep olur. Bu katmanlı yapı fizikte “Dağıtılmış Bragg Yansıtıcısı” olarak adlandırılır.

Kelebeklerde Renk Kalitesinin Bu Derece Yüksek Olmasını Sağlayan 3 Ana Etken

1.’si flüoresan pigmentleridir. Bu, dışarıdan UV emip istenilen aralıkta ışığı geri verir. 

2.’si pigmentlerin altında kalan Dağıtılmış Bragg Yansıtıcısıdır. Bu yansıtıcı, pigmentlerden dağılan ışığı olması gereken yöne geri çevirir. 

3.’sü pigmentlerin üstünde olan içi boş hava silindirlerinden oluşan Fotonik Kristalli bölümdür. Bu da ışığın kelebeğin kanadının içinde hapsolmasını ve kenarlara yayılmasını engelleyip, hedefe doğru yönlendirir.

Kelebekteki Fotonik Kristal Yapı

Tüm bunlardan farklı olarak renk oluşumunu sağlayan başka bir detay daha vardır. Bu detay, geri döndürülen ışığın kenarlara yayılmasını ve kelebeğin içinde kalmasını engelleyen ek yapıdır. İşte bu yapılar “fotonik kristaller”dir. 

İçi boş hava silindirlerinden oluşan fotonik kristaller, ışığın dağılmasını önler ve ışığı belli bir doğrultuda yönlendirmek için teknolojide kullanılır. 

Kelebeklerdeki fotonik kristal yapılar da böyledir. Pigmentlerin üst kısmındadırlar. Pigmentlerden gelen ve pigment altındaki aynalardan geri yansıtılan ışıklar, fotonik kristaller sayesinde kelebeğin içinde dağılmadan dışarı verilir. 

Fotonik kristalleri oluşturan düzgün dağılmış içi boş silindirlerin yönleri çok özeldir. Bu kristaller yayılan ışığı kelebekten dışa yönlendirecek şekilde yerleştirilmişlerdir. Bu yerleşim ise, ışığın kanatlarda hapsolmasını engeller.

Silindirlerin düzgün dağılımı ve eş yönlü olmaları da son derece önemlidir. Bir geçit töreninde hareket eden tüm askerlerin aynı anda ayak ve kollarını hareket ettirmesi gibi emir almışcasına uyumlu hareket eden fotonik kristaller de, kusursuz bir yaratılış delilini gözler önüne sererler.

Bir kelebek türü olan Ancyluris melibous’un renkleri, kanatlarındaki çok katlı fotonik kristaller sayesinde en küçük kanat hareketleriyle bile değişmektedir. Çünkü kanatlarındaki çok katmanlı fotonik kristallerin yerleşimi farklı açılarda farklı renkleri yansıtacak şekildedir.

Kelebeğin pigmentlerinin altında bulunan ayna görevini gören bölüm de çok özeldir. Evinize bir ayna yerleştirdiğinizde elbette ki bunu görüş açısı en uygun yere koyarsınız. Kelebekteki ayna da bir amaç doğrultusunda oraya yerleştirilmiştir. Konulacağı pek çok pozisyon ve yön vardır. Ancak kelebekteki yeri, pigmentlerden yayılan ışığı kanatlardan dışa geri yansıtacak şekildedir. Başka hiçbir pozisyon ve yön bu kadar uygun olamaz. Ayrıca bu, belli aralıklarda dalga boylarındaki ışığı geri yansıtan çok özel bir aynadır ve aynanın geri yansıttığı dalga boyu da tam pigmentlerden çıkan dalga boyuyla aynıdır. Ancak kelebek bütün bu hesapları nereden bilmektedir?

Doğadaki Renkler Yüce Rabbimiz’in Eseridir

Yüce Allah, fotonik kristallerle metrenin milyarda biri küçüklüğündeki bir alanda mükemmel bir düzen yaratmıştır. Fotonik yapıları kullanan canlılardaki göz alıcı renk ve desenler, Yüce Allah’ın sonsuz ilminin ve sanatının örneklerinden yalnızca birini teşkil etmektedir. Bu canlılar yaratıldıkları ilk günden itibaren bu renklere sahiptirler. 

Uzaydaki galaksilerden yıldızlara, uzayın uçsuz bucaksız karanlıklarından yeryüzündeki canlılara, tabiat olaylarındaki düzenden insan vücuduna ve bir kelebeğin kanadına kadar evrendeki her detay, bizlere gökleri, yeri ve ikisi arasındakileri sonsuz ilmi, sanatı ve aklıyla kusursuzca yaratan alemlerin Rabbi olan Allah’ın apaçık varlığını göstermektedir. Bir ayette Rabbimiz’in yaratma sanatı ve ilmi şöyle haber verilmiştir: 

“…Herşeyi 'Sapasağlam ve Yerli Yerinde Yapan' Allah'ın Sanatı (yapısı)dır (bu)…” (Neml Suresi, 88)

Saydığımız bütün bu detaylar elbette ki apaçık bir yaratılışın delilleridir. Kelebek oldukça küçük boyutta bir böcek türüdür. Kanadındaki göz alıcı yanardöner renkleri, fotonik kristalleri, ışık oyunlarını, muhteşem desenleri meydana getirecek estetik görüşe ve teknik bilgiye, bu bilgi ve birikimi değerlendirecek bir akla ve şuura sahip değildir. Kanatlardaki yapıların özenle, muhteşem desenleri meydana getirecek şekilde ve fotonların teknik özelliklerine uygun olarak, insan gözünün algılayabileceği biçimde dizilmesininse, kör tesadüflerin bir sonucu olduğunu iddia etmek akıl ve mantık dışı olacaktır. Akıl sahibi her insanın kabul edeceği gibi, kelebeklerin kanatlarında üstün bir ilim kullanılarak meydana getirilmiş sanat, alemlerin Rabbi olan Yüce Allah’ın Sani (Sanatçı, nihayetsiz güzellikleri sanatının içinde yaratan) sıfatının tecellilerinden yalnızca biridir.

"Yerde sizin için üretip-türettiği çeşitli renklerdekileri de (faydanıza verdi). Şüphesiz bunda, öğüt alıp düşünen bir topluluk için ayetler vardır. "(Nahl Suresi, 13)

Kaynaklar:

http://www.sciencedaily.com/releases/ 2006/03/060302174524.htm 

http://www.sciam.com 

R. C. McPhedran ve N. A. Nicorovici, Australian Optical Society News, (2001) 15. cilt, sy. 7-9.

http://news.nationalgeographic.com