Los investigadores han descubierto los mecanismos detrás de las manchas de color azul eléctrico en los rayos azules e identificado nanoestructuras que reflejan la luz para crear colores vibrantes.

Este descubrimiento tiene implicaciones para el desarrollo de técnicas de tinción libres de químicos, con investigaciones en curso sobre fenómenos similares en otros organismos marinos. Clasificar.

Descubrimiento de nanoestructuras en la piel de raya

Los científicos han identificado las nanoestructuras únicas responsables de las manchas azules eléctricas de los rayos de cinta con manchas azules (Tenora Lima), con aplicaciones potenciales para el desarrollo de colorantes libres de químicos. El equipo también está llevando a cabo una investigación en curso sobre el misterioso color azul del tiburón azul (Brionas Glauca).

El color de la piel juega un papel clave en la comunicación entre organismos, proporcionando importantes pistas visuales de la vida que pueden advertir, atraer o camuflar. Las rayas de cola azul tienen llamativas manchas de color azul eléctrico en la piel; sin embargo, los procesos biológicos que producen estas manchas de color azul eléctrico han seguido siendo un misterio hasta ahora.

“Si ves el azul en la naturaleza, casi puedes estar seguro de que está hecho de nanoestructuras de tejido, no de pigmentos”, dice Mason Dean, profesor asociado de anatomía comparada en la Universidad de la ciudad de Hong Kong. “Comprender el color estructural en los animales no se trata sólo de física óptica, sino también de los materiales involucrados, cómo se organizan con precisión en los tejidos y cómo se ve el color en el entorno del animal. Para unir todas estas piezas, reunimos un método sorprendente. equipo de disciplinas de varios países, y terminamos con “Es una solución sorprendente y divertida al misterio del color de las mantarrayas”.

Tiburón azul. Copyright: Victoria Kamska

Color azul natural: coloración estructural versus pigmentaria

Los colores estructurales resultan de estructuras muy pequeñas que manipulan la luz, no como producto de pigmentos químicos. “Los colores azules son particularmente interesantes porque los pigmentos azules son muy raros y la naturaleza los utiliza a menudo. Nanoescala “Usamos diferentes estructuras para producir azul”, dice Viktoria Kamska, investigadora postdoctoral que estudia los mecanismos de coloración natural en la City University. “Estamos particularmente interesados ​​en los rayos de cinta porque, a diferencia de la mayoría de los otros colores estructurales, su color azul no cambia cuando se aplica. mirarlos desde diferentes ángulos”.

El equipo de investigación incorporó una variedad de técnicas para comprender la estructura de la piel en diferentes condiciones naturales. “Para comprender la microestructura de la piel, utilizamos tomografía computarizada (micro-CT), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM)”, dice el Dr. Dean.

“Descubrimos que el color azul es producido por células cutáneas únicas, con una disposición tridimensional estable de nanoesferas que… Contiene nanocristales reflectantes (como perlas suspendidas en té de burbujas)”. “Debido a que el tamaño y el espaciado de las nanoestructuras es un múltiplo útil de la longitud de onda de la luz azul, tienden a reflejar longitudes de onda azules específicamente”.

Mecanismos de estabilidad del color y sus aplicaciones.

Curiosamente, el equipo descubrió que la disposición única “semiestructurada” de las bolas ayudó a garantizar que el color permaneciera sin cambios con el ángulo de visión. “Para limpiar cualquier color extraño, una gruesa capa de melanina debajo de las células productoras de color absorbe todos los demás colores, lo que da como resultado una piel azul muy brillante”, dice el Dr. Dean. “En última instancia, los dos tipos de células forman una colaboración notable: los melanocitos estructurales se centran en el azul, mientras que las células pigmentarias de melanina suprimen otras longitudes de onda, lo que da como resultado una piel azul muy brillante”.

El equipo cree que este color azul brillante probablemente proporciona beneficios de camuflaje a las rayas. “En el agua, el azul penetra más profundamente que cualquier otro color, ayudando a los animales a mezclarse con su entorno”, dice el Dr. Dean. “Las manchas azules brillantes en la piel de las mantarrayas no cambian con el ángulo de visión; por lo tanto, pueden tener características específicas. ventajas en el camuflaje mientras nada “animal o maniobra rápidamente con sus alas onduladas”.

Las aplicaciones que actualmente se están explorando para esta investigación incluyen materiales de color sin colorantes y de inspiración biológica. “Buscamos colaborar con otros investigadores para desarrollar sistemas flexibles de colores estructurales inspirados en la naturaleza suave de la piel de la mantarraya para obtener colores seguros y sin químicos en textiles, pantallas flexibles y sensores”, dice el Dr. Dean.

Impactos más amplios e investigación en curso

Además de su trabajo con las mantarrayas, la Dra. Kamska y su equipo también están estudiando el color azul de las mantarrayas y otros tiburones, incluido el tiburón azul. “Aunque el nombre ‘tiburón azul’ y sus aspectos ecológicos están bien estudiados, todavía nadie sabe cómo se produce el color azul en su piel”, afirma el Dr. Kamska. “Los resultados preliminares muestran que este mecanismo de coloración es diferente al del tiburón azul. mantarrayas, pero al igual que los peces”. “Para las mantarrayas, debemos probar diferentes combinaciones de herramientas de imágenes de precisión y abordar varias disciplinas relacionadas en óptica, materiales y ciencias biológicas”.

Esta investigación fue publicada en la revista Advanced Optical Materials con el título “La piel del rayo de cinta utiliza una estructura de vidrio fotónico central para producir un color estructural azul.“.

También hay un artículo próximo en Frontiers in Cell and Developmental Biology titulado “Los filamentos intermedios organizan espacialmente las nanoestructuras intracelulares para producir el color azul estructural brillante de los rayos de cinta a lo largo del desarrollo.“.”

Referencia: “La piel del rayo de cinta utiliza una estructura de vidrio fotónico desde el núcleo hasta la capa para producir un color estructural azul” por Venkata A. Surapani y Michael J. Blumer, Kian Tadayon y Ashley J. McIvor, Stefan Riedel, Hanne Rose Hoeneß y Frederik H. Mullen, Shahrouz Amini y Mason N. Religión, 1 de marzo de 2024, Materiales ópticos avanzados.
DOI: 10.1002/adom.202301909

La investigación cuenta con el apoyo de la Comisión de Becas Universitarias y el Fondo General de Investigación de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong.

Esta investigación fue presentada en la conferencia anual de la Sociedad de Biología Experimental en Praga.