Skrzydłami motyli w bezwzględnych fałszerzy
Niezwykłe i fascynujące kolorowe wzory na skrzydłach tropikalnych motyli są przede wszystkim dziełem światła. Ważniejszy niż pigmenty jest w tym wypadku sposób, w jaki światło odbija się od mikroskopijnych struktur na skrzydłach tych owadów. Odkrycie przez naukowców fascynującej tajemnicy motyli może znaleźć ciekawe zastosowanie np. jeśli chodzi o zabezpieczanie banknotów przed fałszerstwem.
Szmaragdowe wytłoczki na jaja
Dr Mathias Kolle pod kierunkiem prof. Ullricha Steinera i prof. Jeremiego Baumbergema z laboratorium Cavendisha na uniwersytecie Cambridge badali indonezyjskiego motyla z rodzaju paziów (Papilio) o łacińskiej nazwie Papilio blumei.
Powierzchnia skrzydeł motyli składa się milionów maleńkich łusek pokrytych cienką warstwą wosku, zapewniającą im wodoszczelność, uodparniając zarazem na wpływy czynników atmosferycznych. Skrzydła zbudowane są z wielu cieniutkich warstw oskórka (in. kutykula, kutikula) i powietrza, które sprawiają, że odbijają światło i mienią się wieloma kolorami.
Przy użyciu technik nanofabrykacji, nakładania atomowych warstw nanocząsteczek, naukowcy otrzymali całkowicie sztuczną konstrukcję, idealnie naśladującą budowę skrzydeł pazia, tak samo załamującą światło i mieniącą się określonymi barwami, w zależności od kąta padania promieni.
Naturalne inspiracje i technologie
Odkrycie struktur tworzących ze światła obrazy na motylich skrzydłach jest intrygujące z wielu powodów. Technologów interesuje jednak głównie dokładniejsze zrozumienie fizyki tych zjawisk, które umożliwiłoby zastosowanie właściwości motylich skrzydeł w zabezpieczania banknotów czy innych wartościowych przedmiotów.
Naukowców interesowało też, dlaczego tak złożona metoda osiągnięcia efektów kolorystycznych rozwinęła się właśnie na skrzydłach motyli. Czemu natura nie sięgnęła po sprawdzone rozwiązanie oparte na pigmentach?
Okazuje się, że motyle również używają skrzydeł do maskowania. Czego? Siebie samych. Dzięki temu skrzydła pazia Papilio blumei nie dla każdego są zielone.
Jak tłumaczy dr Kolle: - Błyszcząco zielone obszary na skrzydłach tego tropikalnego motyla są dobitnym przykładem pomysłowości natury, jeśli chodzi o wzornictwo optyczne. Jeśli wykorzystamy odpowiedni sprzęt, miejsca te będą się nam jawić jako jasnobłękitne, jednak dla oka nieuzbrojonego wyglądają na zielone. Zmiana kolorów spowoduje, że to, co dla motyli jednego gatunku jest piękne i sexy, drapieżnikom może się wydawać mało smaczne.
Przedstawiciele gatunku Papilio blumei rozpoznają się bez problemów nawet w gęstwinie roślin, ponieważ postrzegają się jako jasnobłękitne. Drapieżniki, którym mógłby przyjść do głowy atak na te owady, musiałyby je najpierw rozpoznać jako zielone plamy wśród tysiąca innych zielonych plam puszczy.
Szczegóły motylej tajemnicy naukowcy odkryli zaledwie kilka lat temu, dzięki odpowiednim narzędziom dostarczonym przez nanotechnologię. Dr Marco Giraldo z Uniwersytetu Groningen badał struktury powierzchni skrzydeł bielinków kapustników i innych motyli z rodziny bielinkowatych (Pieridae). Wybrał bielinkowate, gdyż ich ubarwienie jest "proste". Wyniki badań ukazały jednak zlożoność ich związków i działania.
Widzimy tylko to, na co pozwalają motyle?
Dr Giraldo wyjaśnił, jak efekt kolorystyczny skrzydeł bielinków powstaje dzięki nanostrukturom, wspieranym przez specyficzne pigmenty. Choć ułożenie przestrzenne struktury łusek zależy od gatunku, możemy tu wyróżnić kilka reguł.
Łuska składa się z dwóch warstw połączonych filarami. Struktura podpowierzchniowa jest praktycznie gładka, ale jej górną powierzchnię tworzy duża ilość przedłużonych równoległych żeber oddalonych od siebie o jeden do dwóch mikrometrów.
Kolor, jaki dostrzega oko obserwatora, jest efektem załamania światła w strukturze skrzydła i jego absorpcji przez obecny pigment. Pigment zawarty w skrzydłach bielinków pochłania na przykład światło ultrafioletowe oraz określone światło błękitne. Odbija natomiast i rozprasza równocześnie światło w długościach fal, które widzimy jako białe i żółte.
Naukowcy odkryli na przykład, że podczas wyszukiwania partnerek bielinki japońskie mają w odróżnieniu od bielinków europejskich korzystniejszą pozycję. Dlaczego?
Skrzydła samców i samic z Europy zawierają pigmentowe ziarna, które powodują absorpcję promieniowania ultrafioletowego. Podobnie jest w wypadku skrzydeł "panów" bielinków z Japonii, przy czym skrzydła samic z tego obszaru nie pochłaniają światła ultrafioletowego.
Dlaczego jest to korzystne? Bielinki postrzegają także światło ultrafioletowe, dzięki czemu męscy przedstawiciele japońskiego gatunku już z oddali widzą, czy mają się przygotować do zalotów, czy też mają do czynienie z motylem tej samej płci. Choć zagadka technologiczna została wyjaśniona, zawsze w takich wypadkach pojawiają się nowe pytania - na przykład dlaczego rozwinęła się taka różnica?
Anna Lato
