Сверкайте ярко, как бабочка
От оранжевых бабочек-монархов, обозначающих опасность, до королевских голубых бабочек Blue Morpho - бабочки бывают самых разных цветов радуги.
Насекомые демонстрируют эти невероятные оттенки благодаря чешуе на крыльях. Эти чешуйки состоят из кристаллов, которые состоят из молекулы сахара, называемой хитином (тот же материал, из которого состоят экзоскелеты насекомых и грибы). Крошечные кристаллы на чешуе бабочек называются гироидами. Они представляют интерес не только для биологов, но и для материаловедов. Гироиды бабочек более крошечные и точные, чем все, что сделано сегодня людьми.
Новая статья в журнале Science Advances исследует, как эти кристаллы развиваются на крыле бабочки, пока она превращается из гусеницы в свою прекрасную окончательную форму.
Исследователи пока не могут поместить камеру внутрь кокона, чтобы наблюдать за процессом в режиме реального времени, хотя есть лаборатории, которые работают именно над этой проблемой. Во-первых, какими бы прекрасными ни были современные камеры, они недостаточно малы или недостаточно чувствительны, чтобы наблюдать за такими вещами, как образование чешуи, в режиме реального времени, а влажная внутренняя часть коконов не подходит для чувствительной электроники.
«Окукливание бабочек обычно длится около 2 недель», - говорит в электронном письме ведущий автор исследования Бодо Уилтс. «Чешуйки вырастают примерно за 2-3 дня от первой идентифицируемой формы до полной чешуи, в зависимости от вида бабочки и условий выращивания».
Вместо того, чтобы пытаться наблюдать за развитием чешуи и гироидов в режиме реального времени, Уилтс и его коллеги изучили зрелую чешуйку маленькой полосатой бабочки Thecla opisena из Мексики под очень сильным микроскопом, что позволило им увидеть детали строения крыла. еще ближе.
«Я был в восторге, когда впервые увидел бабочку под световым микроскопом, - говорит Уилтс. «Я ожидал найти «обычный» узор зеленых чешуек, наблюдаемый у многих бабочек, но обнаружил, что каждая чешуйка крыла несет структурированные нанокристаллы, которые на удивление не связаны между собой».
У этой бабочки гироиды были расположены линиями от маленького к большому на единой шкале, что придавало шкале характерный блеск и пигмент, а также давало исследователям представление о том, как они могли образоваться. Они говорят, что вместо того, чтобы расти в заранее заданном шаблоне внутри кокона, форма структур, кажется, динамически растет с течением времени.
В этом исследовании рассматривался только один из более чем 140 000 видов бабочек, но есть большая вероятность, что это может рассказать исследователям больше о том, как другие формируют свои характерные узоры крыльев.
«Мы ожидаем, что разработанный здесь механизм роста применим и к другим бабочкам с похожим рисунком чешуи», - говорит Уилтс. «Однако я убежден, что это еще более применимо к большинству чешуек крыльев. Несмотря на то, что разнообразие наноструктур среди бабочек огромно, все чешуйки имеют одни и те же основные механизмы роста».
Уилтс в настоящее время работает над другим исследованием, в котором изучается несколько видов. Наноструктуры могут также рассказать исследователям больше о других организмах и структурах, таких как митохондрии в клетках, которые имеют такие же сложные структуры.
«Представленное исследование может лишь косвенно намекнуть на механизмы на клеточном уровне, однако я ожидаю, что будущая работа будет вдохновлена», - говорит Уилтс. «Изучение и раскрытие принципов, лежащих в основе этих сложных узоров складывания на молекулярном уровне, будет очень важно».