Una colaboración entre biólogos y científicos de materiales de la Universidad de Pensilvania está dando nuevas ideas sobre las alas de la "mariposa patrón" en la selva tropical costarricense. Lo que aprenden podría conducir a avances tecnológicos en sistemas que van desde pantallas de computadora de bajo consumo de energíaa sensores para edificios, ventanas y vehículos energéticamente eficientes.
Shu Yang, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, ha estado realizando investigaciones para imitar el color, la reflectancia y la textura de las alas de las mariposas. Daniel Janzen, profesor de biología de la biodiversidad en el Departamento de Biologíaen las Escuelas de Artes y Ciencias de Penn, que estudia la biodiversidad de las mariposas tropicales para sus múltiples usos, se acercó para establecer una colaboración a raíz de la curiosidad de Yang sobre el trabajo de Janzen con investigadores suecos sobre las causas de los colores de las alas de avispa.
La nueva investigación, publicada en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , fue dirigido por Yang, Janzen, postdoc Dengteng Ge, alumno Gaoxiang Wu, estudiante graduado Hye-Na Kim y biólogo de Penn Winnie Hallwachs. John Burns, un taxonomista de mariposas y curador de lepidópteros en el Museo Smithsonian de Historia Natural en Washington,DC, proporcionó nombres para las mariposas tropicales y las almacenó para que pudieran generar este tipo de estudio.
Mientras clasificaba las cajas de miles de mariposas, Burns y Janzen notaron que el blanco en las alas de estas mariposas se veía muy diferente, dependiendo del ángulo en el que se observaron. Janzen los llevó a Yang para hacerles la simple pregunta de por qué ypara averiguar qué saben los investigadores sobre los colores blancos en la naturaleza.
Cuando Yang asumió el desafío, Janzen notó que la brillante luz blanca reflectante sería muy notable en la noche y en el sotobosque oscuro de la selva tropical donde viven.
"Blancura", dijo Yang, "aunque con frecuencia aparente en las alas, patas o cuerpos de muchas especies de polillas y mariposas, junto con otros colores y sombras, ha recibido relativamente poca atención y se ignora fácilmente. Mientras que 'blanco' puedea menudo es simplemente un color entre muchos dentro de un patrón complejo más grande, hay veces en que la blancura en sí parece ser una señal clave ".
Ella dijo que la blancura es tecnológicamente importante en muchos sistemas comerciales. Los investigadores quieren saber qué microestructuras y nanoestructuras contribuyen a la apariencia de la blancura, que encontraron que varía entre machos y hembras, y podría ser brillante o mate, y dependiente del ángulo oindependiente.
Al examinar la coloración de las alas con microscopía óptica y diferentes sondas ópticas, los investigadores caracterizaron las propiedades ópticas, como la dependencia del ángulo del espectador y si las escalas de las alas se mantuvieron planas o en posición vertical. Usando estos métodos, vieronmezcla de colores en ciertas escalas blancas.
Contrariamente a la ilusión, no hay pigmento para el blanco; la blancura es puramente estructural. En el otro lado del ala, hay un color parduzco, similar al tronco de un árbol o barro, que tiene pigmentos para otros colores.Esto es lo que permite que las mariposas descansando se mezclen con su entorno.
La blancura en las alas de las mariposas machos, que era mucho más notable que en las hembras, cambió según el ángulo.
Janzen había depositado la mariposa en el Museo Smithsonian de Historia Natural para su conservación a muy largo plazo. Sosteniendo un cajón de ellos, cuando se ve en ángulos poco profundos, algunos de los puntos blancos eran brillantes y afilados, como el reflector blanco en la parte posterior deuna bicicleta, pero, cuando se ve en ángulo recto, la blancura se desvaneció.
Cuando investigaron esto más a fondo con microscopía electrónica de barrido, que hace rebotar electrones en las superficies para crear una imagen bidimensional de las estructuras, descubrieron que estas escalas no son planas; se levantan y se curvan y pueden doblarse o mantenerse dobladas aun ángulo pronunciado a la superficie del ala.
La blancura en el ala de las mariposas probablemente sería importante para fines de señalización o apareamiento, dijo Yang, mientras que es necesario un fuerte contraste en condiciones de poca luz, lo que explica por qué existe esta dependencia del ángulo.
Los investigadores esperan realizar más estudios comparativos de otros tipos de mariposas que tienen patrones blancos similares u otros patrones de color. Janzen dijo que la pregunta se convierte en cuántas formas la evolución ha hecho de forma independiente el blanco brillante u otros colores brillantes en otras especies no relacionadas.luego espero imitar las microestructuras y nanoestructuras en estas mariposas por sus efectos de coloración en dispositivos.
"La blancura es realmente muy importante en la tecnología", dijo Yang. "Lo ves en los dientes, el papel y la ventana de visualización. Por ejemplo, quieres tener fondos muy blancos en la pantalla de tu computadora para que tengas un contraste nítido en las pantallas."
Tener un color que aparece y desaparece dependiendo de su ángulo puede ser útil para diseñar ventanas inteligentes que pueden bloquear la luz solar.
"En las áreas tropicales hay mucha luz solar", dijo Yang, "por lo que la gente se pone techos blancos, de modo que refleje la luz y no haga tanto calor adentro"
Este tipo de investigación con las texturas y microestructuras que crean colores también puede ser útil para camuflar y señalizar en todo tipo de aplicaciones al aire libre.
Yang dijo que, si pueden comprender el propósito biológico de las estructuras, pueden diseñar materiales que, aunque no son tan sofisticados como las estructuras en las alas de las mariposas, son simples y escalables, pero imitan al menosparte de la función de los sistemas biológicos de interés para diferentes sectores de la sociedad.
El trabajo descrito aquí, dijo Yang, ilustra el comienzo de la colaboración entre biólogos evolutivos y científicos de materiales, con el objetivo de comprender cómo y por qué la evolución de los colores estructurales en los insectos evoluciona dentro de los hábitos, la ecología y el comportamiento de los insectos.
"Creo que lo importante es que necesitamos tener un diálogo", dijo Yang. "Una vez que tenemos un diálogo, podemos diversificarnos". Janzen agrega que el desarrollo de la biomimética basada en el uso necesita, entre otras cosas ".exposición a los millones de soluciones que la naturaleza ha inventado evolutivamente para sus desafíos selectivos "
"Eso no se puede hacer desde un sillón en nuestras cómodas oficinas y laboratorios", dijo, "sino que requiere estudiar la naturaleza viva con el mismo detalle que merece nuestros inventos creados por el hombre. Yo y mis colegas de campo costarricenses podemos analizarlo a fondo".el barro para acercarse. Yang, Burns y sus colegas más urbanos también pueden acercarse, pero súper cercanos y dirigidos a todos los sectores de la sociedad: el biodesarrollo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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