Mire este fascinante video de escamas de mariposa que se forman dentro de una crisálida

Los comienzos de una mariposa son maravillosos. Suavemente acurrucada en su capullo, una oruga se transforma en una criatura parecida a un hada con escamas iridiscentes meticulosamente dispuestas en capas en cada ala. Pieza por pieza, los científicos han ido reuniendo cómo ocurre la magia de esa metamorfosis. Y acaban de desbloquear otro paso: formación de escamas.

Mirando directamente a la crisálida de una oruga morphing, una en camino de convertirse en una mariposa dama pintada, un grupo de científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts registró las escamas del insecto durante su transformación. Las impresionantes imágenes y las imágenes seleccionadas se publicaron en la revista PNAS el lunes.

Pero las alas de mariposa son más que hermosas. Comprender sus esquemas podría beneficiar en última instancia a los materiales construidos como ventanas y sistemas térmicos e incluso aportar una calidad etérea a los textiles.

“Los estudios anteriores brindan instantáneas convincentes en etapas seleccionadas de desarrollo; desafortunadamente, no revelan la línea de tiempo continua y la secuencia de lo que sucede a medida que crecen las estructuras de escala”, Mathias Kolle, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT y coautor de la estudio, dijo en un comunicado. “Necesitábamos ver más para empezar a entenderlo mejor”.

Primero, los investigadores cortaron cuidadosamente la crisálida fina como el papel de una oruga cuando comenzaba su transformación. Luego quitaron una sola cutícula, o cubierta, del ala en desarrollo y expusieron las escamas en ciernes debajo. Bote.

Pero para mantener a salvo a la futura mariposa bebé, colocaron una cubierta transparente sobre la incisión. De esa manera, la oruga podría continuar evolucionando naturalmente mientras el equipo mantenía una vista impresionante.

“Este artículo se centra en lo que hay en la superficie del ala de la mariposa … pero debajo de la superficie, también podemos ver células que echan raíces como zanahorias y envían conexiones a otras raíces”, Anthony McDougal, investigador del Departamento de Mecánica del MIT Ingeniería y autor principal del estudio, notas. “Hay comunicación debajo de la superficie a medida que las células se organizan, y en la superficie se forman escamas”.

“Podemos visualizarlo todo, lo cual es realmente hermoso de ver”.

Para aislar las estructuras de escamas translúcidas, el equipo utilizó un “campo moteado” para resaltar cada escama colorida y aireada. En lugar de emplear un haz de luz clásico, que tiende a ser ancho y podría dañar las escamas a través de la radiación ultravioleta, brillaron pequeñas motas de luz en puntos específicos.

“Un campo moteado es como miles de luciérnagas que generan un campo de puntos de iluminación”, dijo Peter So, profesor de ingeniería mecánica e ingeniería biológica en el MIT. “Con este método, podemos aislar la luz proveniente de diferentes capas y reconstruir la información para mapear, de manera eficiente, una estructura en 3D”.

¿El resultado? Asombroso.

Si bien hay un montón de ruido en el metraje, principalmente hacia la parte superior izquierda alrededor de los bordes de las escalas, los pasos de la evolución de la escala eran fácilmente visibles. A los pocos días, las celdas comenzaron a alinearse y organizarse en un patrón similar a una teja donde algunas estaban escondidas debajo de otras.

A medida que continuaron creciendo, formaron sus características crestas de una manera inesperada. En lugar de arrugarse gradualmente en forma de acordeón, como sospechaban los investigadores que sucedería, las escamas generaron una ondulación repentina. El grupo espera profundizar en el mecanismo exacto de formación de crestas más de cerca en proyectos futuros.

“Muchas de estas etapas se entendieron y vieron antes, pero ahora podemos unirlas todas y observar continuamente lo que está sucediendo, lo que nos da más información sobre el detalle de cómo se forman las escamas”, dijo McDougal.

Del cuento de hadas a la realidad

Más allá de su atractivo místico, las alas de mariposa son fascinantes porque ofrecen un modelo ideal para muchos artículos hechos por humanos; sus escamas, especialmente, cuentan con algunos rasgos utilitarios.

Por un lado, el equipo dice que la intrincada arquitectura ayuda al insecto a enfriarse cuando hace calor y a eliminar la humedad en los días de lluvia a lo largo de sus crestas. Pero quizás lo más notable es que las escamas emiten color sin tener ningún pigmento al aprovechar un concepto llamado coloración estructural.

A diferencia de los pigmentos o tintes estándar, que absorben o reflejan longitudes de onda particulares de radiación electromagnética y emiten un color correspondiente, la coloración estructural no depende de la composición química. En cambio, la estructura física es clave.

En las alas de las mariposas, cada escala se coloca de tal manera que la luz se dispersa de forma única; nuestros ojos adquieren un color específico asociado con esa dispersión. Es por eso que algunos insectos brillantes parecen cambiar de color en diferentes ángulos.

El color estructural ya ha inspirado algunos productos diferentes, como este brillo sostenible inventado por investigadores que esperan mitigar el uso de microplásticos. “Esta estrategia podría usarse, por ejemplo, para dar color y propiedades de autolimpieza a automóviles y edificios”, dijo McDougal. “Ahora podemos aprender del control estructural de las mariposas de estos complejos materiales micro-nanoestructurados”.

Resulta que las alas de las mariposas no son simplemente exquisitas. Están construidos por casualidad a partir de escamas que podrían ser lo más parecido que tenemos al polvo de hadas.