Desde la iridiscencia de las alas de una mariposa hasta el impresionante rojo de una rana venenosa y los patrones cambiantes de la piel de un pulpo, los animales crean un derroche de colores que son más que simplemente decorativos; Son señales para las parejas, advertencias para los depredadores y un camuflaje que salva vidas.

Los colores pueden estar formados por pigmentos o por nanoestructuras que reflejan la luz de una manera particular. Aunque se han estudiado los mecanismos de creación de colores de muchos animales, nadie había observado antes cómo los tiburones y las rayas crean colores.

Los investigadores que estudian la raya de cola de barra han descubierto que produce manchas de color azul eléctrico de una manera nueva, combinando pigmentos y colores estructurales.

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La piel de tiburones y rayas se ha estudiado antes, pero en términos de textura, no de color, eso sí. Bañador ultrarrápido ¿Basado en piel de tiburón?

Mason Dean, profesor de biología en la City University de Hong Kong, que ha estado estudiando la biología de tiburones y rayas, se inspiró para investigar sus colores al comentar sobre un caparazón.

Hablando sobre la coloración de los animales, Matthias Kohli del MIT comentó que los colores azules en la naturaleza casi siempre son estructurales. Dean planteó la hipótesis de que los colores estructurales deben ser iridiscentes, es decir, cambian de color según el ángulo de visión, como el brillo del lomo de un escarabajo o el brillo de las alas de una mariposa.

Pero Dean dice que puede pensar en muchos patrones azules hermosos en tiburones y rayas que parecían azules sin importar de qué manera los mirara. “esto significa […] Dijo que probablemente había todo un mundo por descubrir de nuevos mecanismos de producción de color escondidos a plena vista en estos animales, que habían sido pasados ​​por alto en favor de sus primos peces de arrecife más llamativos (“peces óseos”).

Para explorar las interesantes formas en que los tiburones y las rayas producen colores, Dean trabajó con Michael Blumer en la Universidad Médica de Innsbruck en Austria y Venkata Amar Surapaneni, investigador postdoctoral en la Universidad de la Ciudad de Hong Kong. Surapaneni ha estado fascinado durante mucho tiempo por las delicadas estructuras de los tejidos de la naturaleza y cómo influyen en las interacciones de los animales con su entorno.

“El diseño o disposición de estas pequeñas estructuras [that produce color] “Son únicos para cada planta o animal, y comprender las soluciones de la naturaleza para los colores brillantes es muy fascinante”, dijo Sorabineni.

¿Pintar o dar forma?

Los colores se producen principalmente de dos maneras: los pigmentos absorben algunas longitudes de onda de luz y reflejan otras; Un pigmento que refleja las longitudes de onda rojas y absorbe todas las demás longitudes de onda aparece rojo. Por el contrario, los colores estructurales son creados por la forma del material, como crestas o espinas a nanoescala, que refleja la luz de cierta manera, reflejando ciertas longitudes de onda con más fuerza que otras.

Surapaneni, Blumer y Dean decidieron investigar las rayas, una pequeña especie que vive cerca de los arrecifes de coral desde Sudáfrica hasta Papua Nueva Guinea. Su lomo está salpicado de manchas azules y su cola tiene dos franjas del mismo color. Las manchas son de color azul, independientemente del ángulo de visión.

Bajo el microscopio, las células de las manchas azules revelaron el secreto de su color. “Dentro de estas células hay una suspensión estable de nanodominios [called vesicles] – como las perlas del té de burbujas – que a su vez contienen pequeños cristales que reflejan la luz. Los cristales están hechos de guanina, una de las bases que componen el ADN, y tienen el tamaño y la separación perfectos para reflejar la luz azul.

Sin embargo, los cristales de guanina por sí solos no son suficientes para explicar el color; su disposición es crucial. Las vesículas que contienen los cristales son del mismo tamaño y están espaciadas uniformemente, unidas entre sí formando una estructura suave que las mantiene espaciadas uniformemente.

En contraste con esta disposición semiordenada de vesículas, los cristales que contienen están orientados aleatoriamente y reflejan la luz azul en todas direcciones. Esta combinación de disposición ordenada y reflectores irregulares hace que las células (y su piel) parezcan azules, sin importar cómo se mire.

Capa sobre capa

Hay una capa final que es crucial para la producción del color. Durante su trabajo microscópico, los científicos notaron que las manchas contienen dos capas de células: una capa superior pálida y una capa negra oscura debajo. Cuando observaron solo la capa superior de piel, parecía blanca en lugar de azul. Al reemplazar el fondo negro se restauró su color azul.

Las células negras contienen un pigmento oscuro llamado melanina que actúa como una esponja coloreada y absorbe la luz de cualquier otra longitud de onda que rebote entre las células. “En última instancia, los dos tipos de células forman una colaboración notable: las células pigmentarias estructurales se centran en longitudes de onda azules, mientras que los melanocitos suprimen otras longitudes de onda, lo que da como resultado una piel azul muy brillante”, dijo Surapaneni.

Descubrir nuevas formas en que los animales producen colores puede ayudar a los ingenieros a encontrar soluciones para fabricar materiales coloreados sin tintes que sean más duraderos y respetuosos con el medio ambiente. Pero los métodos actuales requieren nanoestructuras muy finas, cuya producción puede resultar costosa.

El color azul de las mantarrayas de cola bandada puede servir de inspiración para simplificar la fabricación de colores estructurales porque se asemeja al vidrio fotónico, una suspensión de moléculas fotónicas.

“A diferencia de los nanomateriales impresos con precisión, los vidrios fotónicos se pueden preparar a partir de soluciones líquidas de nanopartículas y, por lo tanto, se pueden fabricar a un costo relativamente bajo y a gran escala para producir colores que no cambian en diferentes ángulos de visión”, dijo Surapaneni. “Sólo controlando el tamaño, el espaciado y el material de sus nanoestructuras, como simplemente cambiando el tamaño/forma/material de las perlas flotantes en el té de burbujas, se pueden afinar también los colores”.

Este descubrimiento también puede ser una puerta de entrada para descubrir otras formas en que los animales producen colores que podríamos imitar.

“Las numerosas soluciones que la naturaleza ha encontrado para producir azul, sin productos químicos y a bajas temperaturas (corporales), proporcionan un gran campo de juego para descubrir nuevas soluciones sostenibles para colores verdaderamente vibrantes”, dijo Dean. “Hay más de 1.000 especies de tiburones y rayas, muchas de ellas con hermosos colores, patrones y manchas, pero nadie se ha detenido realmente a observar cómo se hacen o controlan estos diseños”.

Referencia: Venkata A. Surapaneni, Mason N. Dean, et al., La piel de raya Ribbontail utiliza una estructura central de vidrio fotónico para crear el color estructural azul., Materiales ópticos avanzados (2024). DOI: 10.1002/adom.202301909

Crédito de la imagen destacada: Ribbontail Stingray (Taeniura lymma) de Bernard Dupont, con licencia Bienes comunes creativos La atribución y el uso compartido tienen 2,0 años licencia