Da dove provengono le macchie blu elettrico di questo raggio? Il mistero finalmente risolto.


Dai colori vibranti per respingere i predatori o compiacere i potenziali partner alle benefiche tonalità mimetiche, il mondo animale è disponibile in una vasta tavolozza di colori che sono molto più che semplici decorazioni. E in un mondo in cui il colore blu è estremamente raro, agli insetti piace le formiche Paraparatrechina neela recentemente scoperte o la pastinaca a macchie blu (nota anche come pastinaca dalla coda a nastro (Lymma della carriera di Taeni)) si distinguono come affascinanti stranezze della natura. Sulla rivista Advanced Optical Materials, un team di ricercatori ha voluto capire l’origine di queste macchie blu elettrico che permettono a questa bellissima specie marittima di passare inosservata nel suo habitat naturale che riservava loro delle sorprese.

Il blu nel mondo animale: un fenomeno raro e intrigante

Mason Dean, professore di biologia presso l’Università della città di Hong Kong, è specializzato nello studio di squali e razze. In una conferenza sulla colorazione degli animali, ha sentito Matthias Kolle del MIT spiegare che in natura, il colore blu è molto spesso strutturale. Ciò lo fece subito riflettere, poiché inizialmente pensava che questi colori strutturali dovessero essere iridescenti e quindi soggetti a variazioni a seconda dell’angolo di visione di chi guarda (proprio come la lucentezza del dorso di uno scarafaggio o l’aspetto brillante delle ali di una farfalla ). Tuttavia, negli animali che studia e che presentano il blu, questo colore era molto presente, qualunque sia il tuo punto di vista.

Per saperne di più su come le razze e gli squali producono i loro brillanti colori blu, lo scienziato ha deciso di creare un team con Michael Blumer dell’Università di Medicina di Innsbruck (Austria) e Venkata Amar Surapaneni, un collega ricercatore della sua università appassionato di minuscole strutture in natura e come influenzano il rapporto degli animali con il loro ambiente.

Una linea con il blu nella pelle

Il colore può generalmente essere prodotto in due modi. Innanzitutto c’è i pigmenti che assorbono determinate lunghezze d’onda della luce e ne riflettono altre. Ad esempio, un pigmento che riflette le lunghezze d’onda rosse e ne assorbe altre apparirà rosso. In confronto, colore strutturale a sua volta deriva dalla microstruttura fisica della superficie (ad esempio creste o punti) che interferisce con la luce e la riflette in modo particolare con una riflessione più intensa per determinate lunghezze d’onda.

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Per studiare questo fenomeno, il team si è concentrato innanzitutto sulla pastinaca dalla coda a nastro, una piccola specie che vive non lontano dalle barriere coralline vicino al Sud Africa e alla Papua Nuova Guinea. Il suo dorso è infatti crivellato di macchie dello stesso colore delle fasce all’altezza della coda, il tutto in uno incredibile blu elettrico, visibile qualunque sia il punto di vista adottato.

pastinaca a macchie blu pastinaca dalla coda a nastro (Taeniura lymma)
Crediti: Kris Mikael Krister/Wikimedia Commons

Per studiare questa caratteristica più da vicino, i ricercatori hanno utilizzato la tomografia microcomputerizzata, la microscopia elettronica a scansione e la microscopia elettronica a trasmissione. Studiando più in dettaglio le cellule della pelle a livello delle macchie blu, il risultato ricordava… il bubble tea. “ All’interno di queste cellule c’è una sospensione stabile di nanosfere (chiamate vescicole), come le perle del bubble tea, che a loro volta contengono minuscoli cristalli che riflettono la luce. “, spiega Venkata Amar Surapaneni. Questi cristalli contengono della guaninauna base nucleica del DNA, le cui dimensioni e spaziatura consentono di riflettere la luce blu.

Questi cristalli di guanina non bastano a spiegare il colore osservato, i ricercatori hanno dovuto studiare anche la loro disposizione che infatti gioca un ruolo cruciale. Le vescicole contenenti i cristalli infatti si mostrano dimensioni e spaziatura perfettamente identicheattaccati tra loro a formare una complessa impalcatura che li sostiene ad uguale distanza. Ciò contrasta nettamente con i cristalli, orientato in modo casuale riflettendo il blu in tutte le direzioni.

Due strati di cellule per un effetto più pronunciato

A queste osservazioni si aggiunge la presenza di due strati di cellule essenziali per produrre questo straordinario blu : uno pallido, situato in alto, e un altro nero profondo in basso. Quando gli scienziati hanno guardato solo lo strato superiore, hanno visto solo il bianco e l’aggiunta dello strato nero sottostante (che contiene un pigmento scuro, la melanina) ha ripristinato l’effetto bluastro iniziale. “ In definitiva, i due tipi di cellule lavorano bene insieme: le cellule del colore strutturale si spostano verso le lunghezze d’onda blu mentre le cellule pigmentate sopprimono le altre lunghezze d’onda, risultando in una pelle estremamente vivace », ha aggiunto Venkata Amar Surapaneni.

pastinaca a macchie blu pastinaca dalla coda a nastro (Taeniura lymma)
Crediti: Klaus Boots/Flickr

Una scoperta che potrebbe avere molteplici risvolti

« Se vedete il blu in natura, potete quasi essere certi che sia prodotto da nanostrutture nei tessuti, non da pigmenti. Comprendere il colore strutturale negli animali non è solo una questione di fisica ottica, ma anche dei materiali coinvolti, di come sono finemente organizzati nel tessuto e della resa del colore nell’ambiente dell’animale. Per mettere insieme i pezzi, abbiamo riunito un super team di discipline in più paesi, ottenendo una soluzione sorprendente e divertente all’enigma dei colori della pastinaca. », esulta Mason Dean.

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Sebbene insolita a prima vista, questa ricerca potrebbe comunque consentire di trarre ispirazione da questa modalità di produzione del colore per rivoluzionare l’ingegnerizzazione e la produzione di materiali colorati senza coloranti o coloranti che sarebbero entrambe le cose più sostenibile e rispettoso del pianeta.

Ciò potrebbe essere particolarmente utile semplificare la produzione dei colori strutturali per la stretta somiglianza tra la produzione del colore blu di questa linea e il vetro fotonico, composto da nanoparticelle ottiche in sospensione. “ A differenza dei nanomateriali stampati, i vetri fotonici possono essere preparati da soluzioni liquide di nanoparticelle e quindi essere prodotti in modo relativamente economico e su larga scala per produrre colori che non cambiano a diverse angolazioni. », estime Surapaneni. « Semplicemente controllando le dimensioni, la spaziatura e i materiali delle loro nanostrutture (…), è possibile calibrare anche i colori. »

Questo studio potrebbe in particolare contribuire a creare biomateriali innovativi e il team sta già lavorando alla creazione di un sistema biomimetico flessibile con colore strutturale che un giorno potrebbe integrare le finestre, gli schermi o i sensori flessibili del futuro. Come afferma però il ricercatore: “ i molti modi che la natura ha trovato per produrre il blu senza prodotti chimici e a basse temperature corporee un enorme parco giochi per scoprire nuovi modi sostenibili per avere colori vibranti. Esistono più di 1.000 specie di squali e razze, molte con colori, motivi e chiazze affascinanti, ma in realtà nessuno si è fermato a ricercare come questi disegni vengono creati o controllati.. » In breve, questo studio ha solo scalfito la superficie e aperto una nuova entusiasmante strada di ricerca.





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