15 noviembre, 2011

Científicos revelan los colores de una polilla de 47 millones de años de antigüedad

Nanoestructuras bien preservadas de las escamas fosilizadas permitieron reconstruir los colores.

doi:10.1371/journal.pbio.1001200.g004

Los colores de los animales no sólo se deben a los pigmentos que producen. Hay algunos que se generan gracias a la interacción física de la luz con nanoestructuras biológicas que cambian la forma como los fotones se reflejan, dispersan, absorben o refractan. A esto se le conoce como color estructural. Como ejemplo tenemos: los colores metálicos que presentan ciertos escarabajos, la iridiscencia de las alas de algunos mosquitos y avispas o los pintorescos colores de las alas de las mariposas.

Cuando se observan las escamas de las alas de los Lepidópteros —polillas y mariposas— bajo el microscopio electrónico, se pueden apreciar diminutos relieves formando crestas, valles, costillas arqueadas, poros y hasta cristales fotónicos, de distintos grosores y profundidades. Cada una de estas nanoestructuras presenta un índice de refracción diferente que cambia la forma como la luz se dispersa. Y si a esto le sumamos que las escamas se encuentran superpuestas en las alas, el efecto óptico será mucho más complejo —los haces dispersados interferirán unos con otros reflejando diferentes colores.

Estos colores y los patrones que adoptan, cumplen diversas funciones ecológicas, principalmente, en la comunicación visual. La búsqueda de pareja, el aposematismo (defensa contra los predadores a través de la expresión de colores que simbolizan ‘peligro’) o la cripsis (expresar colores similares a los de su entorno para pasar desapercibidos), son algunas de ellas.

Sin embargo, la evolución de la coloración estructural aún sigue siendo un misterio. Los datos filogenéticos y estructurales son contradictorios porque, a pesar que las nanoestructuras de las escamas difieren entre una especie y otra, la producción del color se da bajo el mismo fundamento físico: la dispersión coherente de la luz. La única forma de entender los pasos claves en la evolución de coloración estructural sería a través de los fósiles.

En un estudio publicado hoy en PLoS Biology, un grupo de investigadores de la Universidad de Yale (EEUU) liderados por la Dra. Maria McNamara, estudiaron la coloración estructural de escamas pertenecientes a polillas fosilizadas hace 47 millones de años, encontradas en los yacimientos de Messel (Alemania).

El fósil pertenecía a un espécimen extinto de la sub-familia Procridinae, parte de la familia Zygaenidae. A diferencia de la mayoría de polillas, los zigénidos son diurnos y presentan aposematismo por ser sumamente tóxicos debido a las grandes cantidades de cianuro de hidrógeno que producen.

journal.pbio.1001200.g001

Las imágenes del microscopio electrónico (Fig. D-J) mostraron que las nanoestructuras de sus escamas estaban muy bien preservadas, a pesar que los colores originales se perdieron durante el proceso de fosilización (Fig. A, B y C). Se identificaron con facilidad las crestas con las costillas transversales (Fig. D), otras microcostillas (Fig. E), los poros (Fig. F-G y J), las protuberancias (Fig. H-I), en cada una de las láminas de las escamas superpuestas.

Las escamas superiores eran más gruesas que las inferiores generando una geometría cóncava que afectaba la forma como se comportaba la luz. En primer lugar, estas disposición de las escamas funcionaban a manera de un reflector multicapa no ideal (menos del 100% de la luz incidida es reflejada) y junto a las poros suprimían la iridiscencia. Por otro lado, el índice de refracción caía en un rango capaz de dispersar la luz en colores visibles y su forma cóncava permitía verlo de la misma manera a diferentes ángulos.

Los colores generados por la dispersión de la luz son reflejados y los picos de reflexión varían en distintos puntos del ala. Para determinar cuáles son las longitudes de onda de los picos reflejados, McNamara y su equipo lo compararon con los patrones observados en lepidópteros modernos. Los resultados mostraron que la mayor parte de las alas eran de color amarillo y verde, degradándose hacia el azul a medida que se llegaba a los bordes. El abdomen también presentaba colores amarillos, mientras que el tórax y los extremos de las alas y del abdomen eran marrones (Figura de portada). No se pudo determinar los colores de la parte ventral (delantera).

Al igual que los zigénidos actuales, estas polillas ancestrales eran diurnas. Por otro lado, la presencia de las tonalidades amarillas y verdes sugiere que los colores tenían doble función: el amarillo disuadía a los predadores cuando la polilla se alimentaba del néctar de las flores y el verde le permitía camuflare cuando se encontraba en reposo.


Referencia:

ResearchBlogging.orgMaria E. McNamara, Derek E. G. Briggs, Patrick J. Orr, Sonja Wedmann, Heeso Noh, & Hui Cao (2011). Fossilized Biophotonic Nanostructures Reveal the Original Colors of 47-Million-Year-Old Moths PLoS Biology DOI: 10.1371/journal.pbio.1001200

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