Ne každá bílá je bílá

Představme si dva povrchy. Mezi 400 a 700 nanometry odrážejí světlo téměř identicky. Pro lidského pozorovatele jsou proto nerozlišitelné: oba vypadají bíle. Živočich s fotoreceptorem citlivým na ultrafialové záření však bude vnímat dvě různé barvy.

Barva je pro nás natolik samozřejmá, že se jen zřídka zamýšlíme nad tím, co vlastně je. Říkáme, že nějaký předmět je černý, bílý, červený, zelený nebo modrý, jako by barva byla jeho vlastní, vnitřní vlastností. Barva však není vlastností objektů ve stejném smyslu jako jejich velikost nebo hmotnost. Vzniká teprve interakcí elektromagnetického záření, optických vlastností povrchu a zrakového systému pozorovatele.

1. Polymorfismus Podarcis muralis. V horní řadě jsou samci v dolní samice tři základních barevných morf a dvou morf mozaikových. Zleva morfa oranžová, žlutá, bílá a mozaiková morfa oranžovo-bílá a oranžovo-žlutá.

Snímek Javier Abalos

Pro pochopení fyzikálního původu barev je užitečné soustředit se na vlnové vlastnosti světla. Barvy jsou obsaženy v bílém světle. Ukázal to hezky Newton, když hranolem rozložil sluneční světlo na spektrum a druhým hranolem je opět složil do bílé. Bílé světlo si tedy můžeme představit jako směs elektromagnetických vln o různých vlnových délkách (obr. 2A).

Spektrum ale ještě není barva. Ta vzniká až interakcí světla se zrakovým aparátem. Když světlo dopadne na objekt, některé vlnové délky jsou pohlcovány (absorbovány), jiné se odrážejí a rozptylují, nebo procházejí. Světlo po interakci s objektem pak zamíří k našim očím a stimuluje fotoreceptory. Je vnímáno jako barva objektu. Pokud se podíl odraženého a rozptýleného světla výrazně mění s vlnovou délkou, mluvíme obvykle o barvě chromatické. Povrchy, které odrážejí a rozptylují různé vlnové délky s přibližně stejnou intenzitou, se mohou jevit jako achromatické. Achromatické „barvy“ (bílá, šedá a černá) se pak liší především celkovým množstvím odraženého světla (obr. 2B).

Hranice mezi chromatickými a achromatickými barvami však není ostrá. Chromatické barvy se liší sytostí neboli chromou (obr. 2C): čím větší je spektrální kontrast, tzn. ke zrakovému aparátu přichází více světla o určité vlnové délce než ostatních vlnových délek, tím je barva sytější. Pokud jsou spektrální rozdíly pro určitý zrakový systém zanedbatelné (všechny vlnové délky mají podobnou intenzitu), stává se signál achromatickým.

Právě dodatek „pro určitý zrakový systém“ je zásadní. To, jakou má objekt barvu, nezávisí jen na světelném spektru směřujícím od objektu, ale také na tom, jak jej přijímají světločivé buňky v oku pozorovatele. Objekt, který se nám jeví dokonale bílý, se tak může z pohledu některých živočichů lišit od skutečně achromatické „bílé“ stejně výrazně jako sytě žlutá nebo červená barva.

Absorpce a rozptyl světla

Než se k tomuto problému vrátíme, podívejme se, jak živočišná těla barvy vytvářejí. V biologických tkáních jsou zvláště důležité dva jevy, absorpce a odraz s rozptylem světla (obr. 2D).

Pigmenty pohlcují fotony, a tím z dopadajícího spektra odstraňují určité vlnové délky. Například melanin absorbuje širokou část viditelného spektra a ve vysokých koncentracích vytváří tmavě hnědé až černé barvy, zatímco karotenoidy a pteridiny jsou selektivnější a podílejí se na mnoha žlutých, oranžových a červených barvách.

Světlo, které absorbováno není, se v tkáni rozptyluje na buňkách, organelách, proteinových vláknech, krystalech, lipidových kapénkách i rozhraních materiálů s různým indexem lomu. Část rozptýleného neabsorbovaného světla pak tkáň opustí.

Odtud pochází tradiční rozlišení mezi pigmentovými barvami založenými především na selektivní absorpci a strukturními barvami vznikajícími interakcí světla s mikroskopickými či nanoskopickými strukturami. V přírodě však toto dělení není ostré.

Také pigmenty světlo rozptylují, zvláště jsou-li soustředěny v granulích či váčcích, a rozptyl na reflektorech je určován do jisté míry v závislosti na jejich absorpčních vlastnostech. Barva povrchu je proto výsledkem obou procesů. Hezký ilustrační příklad důležitosti této souhry jsou skvrny na bocích ještěrek rodu Podarcis (rámeček na této straně). Je proto užitečnější chápat živočišnou barvu jako výsledek celé optické architektury, v níž se absorbující a rozptylující složky vzájemně ovlivňují, než jako dva oddělené fenomény.