I ricercatori del Yale-NUS College e dell'Università di Friburgo in Svizzera hanno scoperto un nuovo meccanismo di generazione del colore presente in natura, che se sfruttato, ha il potenziale per creare cosmetici e vernici con tonalità più pure e vivide, schermi che proiettano la stessa immagine realistica se guardati da qualsiasi angolazione e persino di ridurre la perdita di segnale nelle fibre ottiche.
Vinodkumar Saranathan, professore assistente di scienze (scienze naturali) al Yale-NUS College ha condotto lo studio con il dott. Bodo D Wilst dell'Adolphe Merkle Institute all'università di Friburgo. Il dott. Saranathan ha esaminato i modelli iridati nelle elitre (l'involucro di protezione delle ali) di un punteruolo delle Filippine, il Pachyrrhynchus congestus pavonius, usando i raggi-X ad alta energia, mentre il dott. Wilts ha eseguito una microscopia elettronica a scansione dettagliata e una modellazione ottica. Hanno scoperto che per produrre la palette iridata, il punteruolo utilizzava un meccanismo di generazione del colore che finora era stato attribuito solamente a calamari, seppie e polpi, che sono conosciuti per la loro capacità di cambiare colore. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Small.
P. c. pavonius, o punteruolo "arcobaleno", si distingue per le sue macchie variopinte sul suo torace e sulle elitre. Queste macchie sono costituite da squame dalla forma circolare disposte in anelli concentrici di diverse tonalità, che vanno dal blu nella parte centrale al rosso nella parte più esterna, proprio come un arcobaleno. Mentre molti insetti hanno la capacità di produrre uno o due colori, è raro che un singolo insetto possa produrre un così ampio spettro cromatico. I ricercatori sono interessati a capire il meccanismo alla base della formazione naturale di queste strutture che generano colore, poiché la tecnologia attuale non è in grado di sintetizzare strutture di queste dimensioni.
"L'obiettivo finale della ricerca in questo campo è capire come il punteruolo assembli autonomamente queste strutture, perché con la nostra tecnologia attuale non siamo in grado di farlo", ha detto il dott. Saranathan. "La capacità di produrre queste strutture, che sono in grado di fornire un'elevata fedeltà cromatica indipendentemente dall'angolo di osservazione, troverà applicazione in qualsiasi settore che si occupa della produzione del colore. Possiamo utilizzare queste strutture in cosmetici e altre pigmentazioni per garantire tonalità altamente fedeli o nei display digitali di telefoni o tablet che permetteranno di vedere la stessa immagine reale senza distorsioni cromatiche da qualsiasi angolazione. Possiamo anche usarli per rendere riflettente il rivestimento per le fibre ottiche per ridurre la perdita di segnale durante la trasmissione".
Il dott. Saranathan e il dott. Wilts hanno esaminato queste squame e hanno scoperto che erano composte da una struttura cristallina tridimensionale di chitina (il componente principale degli esoscheletri degli insetti). Hanno scoperto inoltre che i vivaci colori dell'arcobaleno su queste squame del punteruolo sono determinati da due fattori: la dimensione della struttura cristallina che compone ciascuna squama e il volume della chitina usata per comporre la struttura cristallina. Le squame più grandi hanno una struttura cristallina più ampia e usano un volume maggiore di chitina per riflettere la luce rossa; le squame più piccole hanno una struttura cristallina più ridotta e usano un volume minore di chitina per riflettere la luce blu. Secondo il dott. Saranathan, che in precedenza ha esaminato oltre 100 specie di insetti e ragni e ha catalogato i loro meccanismi di generazione del colore, questa capacità di controllare simultaneamente sia fattori di dimensione sia di volume per perfezionare il colore prodotto non si è mai manifestata negli insetti e, data la sua complessità, è alquanto sorprendente. "È diverso dal solito meccanismo impiegato dalla natura per produrre diverse tonalità sullo stesso animale, in cui le strutture della chitina sono di dimensioni e volume fissi, e dove i diversi colori sono generati dall'orientamento della struttura, che riflette le diverse lunghezze d'onda luminose", ha spiegato il dott. Saranathan.
La ricerca è stata in parte supportata dal National Centre of Competence in Research "Bio-Inspired Materials", dal programma Ambizione della Swiss National Science Foundation (SNSF), dal dott. Wilts, e in parte dalla UK Royal Society Newton Fellowship, dal Linacre College EPA Cephalosporin Junior Research Fellowship, e dai fondi del Yale-NUS College per il dott. Saranathan. Il dott. Saranathan attualmente è membro di un gruppo di ricerca guidato da Antonio Monteiro, professore associato di scienza al Yale-NUS College, che è stato recentemente premiato con un programma di ricerca competitivo (CRP) finanziato dalla National Research Foundation (NRF) di Singapore per esaminare le basi genetiche del meccanismo di generazione del colore nelle farfalle.
Il dott. Saranathan e il dott. Monteiro fanno entrambi parte del Dipartimento di Scienze Biologiche della facoltà di Scienze all'Università Nazionale di Singapore (NUS). Inoltre, il dott. Saranathan è affiliato alla NUS Nanoscience e della Nanotechnology Initiative.
Immagini fornite dal dott. Bodo Wilts