אפקט עין העש

ראש של עש מהחזית

אפקט עין העש הוא תופעה אופטית שהתגלתה לראשונה מתצפיות על עיני עשים. עיניהם של מיני עשים ליליים הן כהות ואטומות, וכמעט ואינן מחזירות את האור הפוגע בהן. תופעה זו נובעת מקיומו של מבנה בליטות זעיר, בגודל ננומטרי, על השכבה החיצונית של עין העש, היוצר התנהגות הזהה לזו של ציפוי אנטי-מחזיר.

לשכבה זו על עיני עשים ליליים יתרון הישרדותי ברור, בכך שהיא מקשה על טורפים המסתמכים על ראיה לאתר עשים על ידי זיהוי נצנוץ אור הכוכבים והירח מעיניהם. עיקרון הפעולה של שכבה זו הוא דוגמה לביומימטיקה, שכן הוא אומץ בתעשיית האופטיקה, שם הוא משמש לייצור ציפויים אנטי-מחזירים לעדשות ואלמנטים אחרים, בלי צורך בתוספת של שכבת חומר בעל מקדם שבירה שונה.

המנגנון הפיזיקלי

הגורם להחזרות בעת מעבר אור בין שני תווכים בעלי מקדם שבירה שונה הוא השינוי החד במקדם השבירה. ככל שהשינוי במקדם השבירה בין האוויר וחומר אחר (למשל חומר עין העש) גדול יותר, כך גדל החלק של האור המוחזר ביחס לאור המועבר, בהתאם למשוואות פרנל. לעומת זאת אם מקדם השבירה משתנה באופן הדרגתי בין האוויר לחומר, על פני שכבה דקה, ניתן לצמצם את ההחזרה כמעט לאפס, שוב ממשוואות פרנל.

המבנה של הבליטות בעין העש הוא כזה שהן רחבות בבסיסן והולכות ומוצרות ככל שמתרחקים מהבסיס, והן מסודרות בסריג סדור (משושה לרוב). מכאן, אם נתבונן על שכבות שהן חתך רוחבי של סריג הבליטות, בגובה שונה ישנו יחס נפחי שונה של אוויר וחומר העין (בשכבה שבתחתית הבליטות אין כלל אוויר, ובשכבה שבראשן רוב החומר הוא אוויר). אם המרווח בין הבליטות הוא קטן מגבול ההתאבכות, ניתן להתייחס לחומר בתוך כל שכבת גובה כזו כאילו היה בעל מקדם שבירה אפקטיבי שערכו נע בין זה של אוויר לזה של חומר העין, ותלוי ביחס הנפחי ביניהם בשכבה.

מכאן, מתקבל שמקדם השבירה משתנה בהדרגה מזה של אוויר לזה של חומר העין כאשר נעים בציר גובה הבליטות. אפקט זה יוצר הקטנה משמעותית של ההחזרה, התלויה בצורת הבליטות, המרווח ביניהן ואורך הגל.

פיגמנט מלאכותי שיוצר בצורה המזכירה עיקרון זה של בליעת ההחזר הוא ה-Vantablack .

האפקט כאישוש לתורת האבולוציה

אפקט עין העש התגלה לראשונה בעשים הפעילים בלילה, אך קיים גם בפרפראים אחרים, בהם פעילי יום. במדידות שנעשו בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני וגלאים רגישים לאור התגלה כי מיני פרפראים פעילי יום מסוימים, ששוּער שהתפתחו מעשים, הם בעלי מבנה של בליטות על עיניהם, בדומה לעשים. אולם, הבליטות של הפרפראים פעילי היום היו קטנות והמרווחים ביניהם גדולים, באופן שלא יצר אפקט אנטי מחזיר, ומאפיינים אלו הוקצנו במינים מפותחים יותר שהסתגלו זמן רב יותר לקיום יום.

מאחר שביום אין יתרון אבולוציוני לציפוי אנטי מחזיר, שכן הטורפים רואים בנקל את הפרפראי כולו, ההתנוונות של מבנה הבליטות בפרפראי יום שמוצאם מעשים מהווה אישוש נוסף לתורת האבולוציה.

דרך הפעולה של אבולוציה ביולוגית משלבת שינוים מקריים במטען הגנטי של יצורים חיים, עם ברירה טבעית לא מקרית. השינוי המקרי בקרב עשים הוא התפתחות של בליטות על העין באופן שקיים בקרב כלל מיני העשים. בקרב הנישה האקולוגית של עשי לילה, לבליטות אלה הייתה תרומה מספיק מהותית להישרדות, כך שנוצר לחץ אבולוציוני חזק מספיק, שגרם לכך שפרטים של עשים ליליים בלי גנים המתאימים לאפקט, הפכו נדירים יותר ואילו בעלי גנים עם האפקט הפכו לרוב. תהליך זה נמשך עד למצב שבו במין מסוים של עש לילי לא נותרו עשים ליליים ללא אפקט עין העש. סוג כזה של ברירה טבעית לא התרחש בקרב מין שאינו לילי, שכן בקרבם אין יתרון אבולוציוני למבנה כזה או אחר של הבליטות.

ראו גם

• התאבכות
• מקדם שבירה
• ביומימטיקה
• אבולוציה של העין