Bí ẩn trên da sên biển: Khi thiên nhiên sở hữu công nghệ hiển thị vượt thời đại

Từ lâu, các nhà sinh vật học vẫn cho rằng màu sắc bắt mắt của sên biển đến từ các sắc tố. Tuy nhiên, với nền tảng về khoa học vật liệu thay vì sinh học, nhà nghiên cứu Samuel Humphrey từ Viện Keo và Giao diện Max Planck đã nghi ngờ rằng có nhiều điều thú vị hơn ẩn sau vẻ ngoài đa sắc của những loài thân mềm này.

Bằng cách quan sát kỹ 6 loài sên biển khác nhau, Humphrey và các cộng sự đã phát hiện ra những bí mật thú vị trong bảng màu của chúng.

Humphrey cho biết: "Chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi thấy sên biển sử dụng màu sắc cấu trúc (structural colors). Nhờ cơ chế tạo màu tinh tế này, những loài động vật xinh đẹp này có thể tạo ra một dải màu kinh ngạc chỉ từ một loại vật liệu duy nhất."

Màu sắc cấu trúc và điểm ảnh tinh thể

Màu sắc cấu trúc là hiệu ứng ánh sáng phản xạ từ các cấu trúc vi mô của vật liệu. Hiện tượng này thường thấy ở côn trùng, tắc kè hoa, thực vật, rong biển, và thậm chí trong các vết dầu loang hay bong bóng xà phòng.

Ngược lại, sắc tố tạo ra màu sắc bằng cách hấp thụ một số bước sóng ánh sáng nhất định và phản xạ những bước sóng khác dựa trên thành phần hóa học của vật liệu.

Hypselodoris bullockii và hình ảnh phóng đại cao độ các điểm ảnh tạo nên màu sắc của nó. (Randi Ang/Moment Open/Getty Images. Ảnh ghép: Samuel Humphrey/MPI of Colloids and Interfaces)

Tuy nhiên, nhiều hiệu ứng màu sắc rực rỡ trong tự nhiên đạt được nhờ sự kết hợp giữa sắc tố và màu sắc cấu trúc. Ví dụ, đuôi của chim công đực có sắc tố màu nâu, nhưng nhờ cấu trúc vi mô trong lông gây nhiễu xạ ánh sáng, chúng ta thấy được các màu xanh lam, xanh lục và tím lấp lánh trên nền màu nâu đó.

Ở sên biển, màu sắc cấu trúc chủ yếu được hình thành từ các tinh thể nano của phân tử guanine. Cách sắp xếp, chiều dài và góc độ của các tinh thể này sẽ quyết định màu sắc cụ thể hiển thị trên da sên biển.

Thông thường, màu sắc cấu trúc gắn liền với sự óng ánh (iridescence), giống như sự lấp lánh trên cánh bướm hay xúc tu của sứa. Điều gây ngạc nhiên là màu sắc của sên biển thường trông lì (matte), phẳng và đậm - những đặc điểm vốn thường gắn liền với màu sắc dựa trên sắc tố.

Tại sao màu của sên biển lại không lấp lánh?

Humphrey và nhóm của ông đã tìm thấy câu trả lời: Trong da sên biển, các tinh thể nano guanine được xếp chồng thành các lớp bên trong các "điểm ảnh" (pixels) riêng biệt rải rác trên bề mặt.

Nếu tất cả các tinh thể trong các điểm ảnh đó được sắp xếp gọn gàng và giống hệt nhau, chúng ta sẽ thấy hiệu ứng óng ánh. Tuy nhiên, một mức độ ngẫu nhiên nhất định trong cấu trúc nano của mỗi điểm ảnh đã giúp làm phẳng màu sắc.

Hình ảnh kính hiển vi kỹ thuật số cho thấy các hạt màu có cấu trúc trong các loài sên biển. (Humphrey et al., PNAS, 2026)

"Do đó, chúng phản xạ ánh sáng cùng màu theo nhiều hướng khác nhau, khiến màu sắc không lấp lánh như bướm mà hiện lên ở dạng màu lì" Humphrey giải thích. Các tinh thể cho phép sên biển hiển thị những màu sắc táo bạo, tươi sáng trên toàn bộ quang phổ khả kiến chỉ với một vài tinh chỉnh nhỏ trong cấu trúc giữa các loài.

Khám phá này có thể giải thích cách mà họ động vật này đã tiến hóa để sở hữu sự đa dạng đáng kinh ngạc về màu sắc và hoa văn. Đồng thời, nó cũng có thể truyền cảm hứng cho các vật liệu mới phục vụ con người.

Nhà vật lý Silvia Vignolini, cũng từ Viện Max Planck, chia sẻ: "Chúng tôi thường lấy cảm hứng từ thiên nhiên khi phát triển các vật liệu và kỹ thuật mới. Có khả năng chúng ta sẽ phát triển được các loại màu sắc bền vững dựa trên chính các nguyên lý mà sên biển đang sử dụng."

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).