質問: ブルーベリーは何色ですか?真実を知っている人はほとんどいません!

色は植物の言語です。

色を通して、自然界におけるさまざまな植物の適応と競争を見ることができます。真っ赤なリンゴ、咲き誇るピンクの花、黄色い実がいっぱいのグレープフルーツの木。これらの代表的な色彩は、植物の生存の知恵を微妙に伝えています。

画像ソース: davidspeer

しかし、自然界全体を見てみると、青い植物（花や果実も含む）はそれほど多くありません。青い植物（果物）として最初に思い浮かぶのはブルーベリーかもしれません。しかし、直感に反して、ブルーベリーを絞ってジュースにすると、藍色ではなく濃い赤紫色になります。

低温ブルーベリー品種（写真提供：ディガーズ）

ブルーベリーの青い色はどこから来るのでしょうか?

自然界ではなぜ青色が珍しいのでしょうか?

色の起源

17 世紀半ば、科学者エグザ・ニュートンは光の分散という有名な実験を行いました。彼は白色光線をプリズムに通し、白色光を赤から紫までの可視スペクトルに分離しました。この現象が起こる理由は、白色光がプリズムで屈折し、各色の光は実際には異なる周波数を持っているため、プリズムを通過するときの速度も異なり、色が異なる角度で曲がり、可視スペクトルに分離されるためです。

白色光線がプリズムを通過し、色のスペクトルを示す。出典：BBCbitesize

この実験は、白色光が実際には複数の色の混合であることを示しています。異なる周波数の光（太陽光など）が目に当たると、私たちの脳は自動的にさまざまな色を組み合わせて白色を認識します。

しかし、白い光を他の場所に当てると、状況は変わります。たとえば、道路脇でよく見かける青い交通標識。太陽光が表面に当たると、ほとんどの色は吸収され、青色光は反射されます。そのため、私たちの目に当たる交通標識の光は主に青色光であり、私たちの目には標識も青く見えるのです。

日常生活で目にするほとんどのものに同じ原理が当てはまります。ブルーベリーが青く見えるのは青い光を反射するためであり、葉が緑色に見えるのは緑色の光を反射し他の色を吸収するためです。

簡単に言えば、私たちが見る色とりどりの世界は、白い光が物体に当たって、一部の色が反射され、残りの色が吸収されるからです。

リンゴの赤い色が私たちの目に映ります。画像出典: デンタルケア

色の起源がわかったところで、さらに一歩進んでみましょう。どの色が反射されるかを決定するものは何でしょうか?

ブルーベリーの青はどんな青ですか？

ご存知のとおり、植物には生物学的色素が含まれています。これらの顔料の分子は、さまざまな色の光とさまざまな方法で相互作用するため、特定の色の光を選択的に吸収し、他の色の光を反射することができます。これは色が生成される最初の方法でもあります。

クロロフィルがその典型例です。光合成を行う必要がある多くの植物にはクロロフィルがあります。太陽光が当たると、赤、青、黄色などの色の光はほとんど吸収されますが、緑の光は吸収されません。逆に、緑色の光が反射され、植物が緑色に見えます。

緑の光を反射する葉 画像出典: vedantu

この考え方に従って、ブルーベリーはアントシアニンを含んでいるため青く見えると信じる人も多くいます。しかし、最新の研究では、ブルーベリーの色は、その中の色素によって決まるのではないことが明確に示されています。ブルーベリーには高濃度のアントシアニンが含まれていますが、その散乱曲線は一般的に濃い赤色で、皮の藍色とはまったく異なります。ブルーベリーの皮を剥くと、濃い赤色の果肉が見えます。

では、ブルーベリーはどのようにして青い色になるのでしょうか?

その答えは、色が生成される2番目の方法、つまり構造色にあります。この形の色はあまり一般的ではありませんが、自然界で見られる最も鮮やかな色のいくつかを生み出すことができます。最初の色が生成される方法とは対照的に、非吸収分子のナノ構造は波の干渉を通じて光と相互作用し、明るく彩度の高い色を反射します。

自然界における構造色の例。画像出典: バイオミミクリ

では、ブルーベリーの構造色はどこから来るのでしょうか?ブルーベリーの表面がいつも白い霜のような物質の層で覆われていることに気づいたことがあるでしょうか。これは実は多くの植物が持つ保護用のワックスです。この植物保護ワックスには自己秩序化と自己修復機能があり、疎水性、自己洗浄性、昆虫や微生物病原体に対する耐性など、植物の特性のほとんどを決定します。

ブルーベリーの表面の保護ワックス（画像提供：plantura）

明らかに、植物ワックスは、セルロースなどの他の生体材料と同様に、研究のホットなトピックですが、驚くべきことに、ワックスに関する研究は主に表面の疎水性に焦点を当てており、ワックスの光学特性についてはほとんど研究されていません。

英国ブリストル大学の研究者、ロックス・ミドルトン氏がこの分野に注目した。彼はブルーベリーの青い色の起源に非常に興味を持っていたため、ブルーベリーの表面のワックスを採取して再結晶化し、その結果、ブルーベリーの表面の藍色を再現しました。

走査型電子顕微鏡による観察により、ブルーベリーの表面のワックス状のコーティングにはランダムに分布した結晶構造があり、それが青色光と紫外線を散乱させ、ブルーベリーに独特の藍色の外観を与えていることが明らかになりました。

インビトロ再結晶により構造色保護ワックスが再現されます。画像出典：添付の研究論文

青はなぜ珍しいのでしょうか?

自然界では、生物に青色が現れることはめったにありません。キキョウ、蝶、熱帯のカエルなど、青色を持つ数少ない種も、主に捕食者から身を守る目的で、構造色を主に利用して青色を作り出しています。サファイアやラピスラズリなどの青い岩石や鉱物でさえ、自然界では非常に稀です。

アズライト 画像ソース: sergebriez

その理由は、動物や植物には天然の青色色素がほとんど存在しないからです。また、赤色光のような波長が長くエネルギーが低い光と比較すると、青色光を反射するには、少量のエネルギーを吸収する低エネルギーの光子が必要です。植物は、スペクトルの赤い部分を吸収するために、このような大きく複雑な分子を生成することが困難です。したがって、構造色は低コストで「青に変わる」方法を提供します。

鳥の明るい青い羽。画像ソース: wrearodsawang

自然界では青色は珍しいですが、人間は色を生み出す 2 つの方法を模倣して、さまざまな青色を作り出しました。顔料を混合するための化学的方法を使用する場合でも、光と構造の巧みな反射を利用する場合でも、青は珍しい色から日常生活で一般的な装飾品へと変化しました。

参考文献

果実ワックスブルームからの自己組織化無秩序構造色

https://doi.org/10.1126/sciadv.adk4219

生物にヒントを得た材料：自然界の構造色

https://www.sbnature.org/publications/blog/2/posts/66/bio-inspired-materials-structural-color-in-nature

なぜ自然界では青色が珍しいのでしょうか?

https://www.livescience.com/why-blue-rare-in-nature.html

著者: 魚

編集者: 董暁賢

レビュアー: Liu Kun と Li Peiyuan