Edith Smith crió un Buckeye común más azul y brillante en su granja de mariposas en Florida, pero la Universidad de California, Berkeley, la estudiante graduada Rachel Thayer, explicó los cambios físicos y genéticos subyacentes a la iridiscencia recién adquirida de la mariposa.
En el proceso, Thayer descubrió lo relativamente fácil que es para las mariposas cambiar el color de sus alas en solo unas pocas generaciones y descubrió que el primer gen probado influye en el llamado "color estructural" que subyace al púrpura, azul y verde iridiscentesy tonos dorados de muchas mariposas.
Sus hallazgos son un punto de partida para nuevos enfoques genéticos para investigar cómo las mariposas producen intrincadas nanoestructuras con propiedades ópticas, lo que en última instancia podría ayudar a los ingenieros a desarrollar nuevas formas de producir nanoestructuras fotónicas para paneles solares o colores iridiscentes para pinturas, ropa y cosméticos.
El color estructural es diferente del color del pigmento, como el de la piel o el lienzo, que absorbe o refleja diferentes colores de luz. En cambio, proviene de la interacción de la luz con un material sólido de la misma manera que una burbuja transparente desarrolla unbrillo colorido. La luz lo penetra y rebota hacia atrás, interfiriendo con la luz reflejada desde la superficie de una manera que cancela todos los colores menos uno.
En Shady Oak Butterfly Farm en Brooker, Florida, los experimentos de reproducción de Smith con el Buckeye común Junonia coenia , una mariposa en su mayoría marrón con manchas vistosas y coloridas, que se encuentra en todo Estados Unidos y que a menudo criaban los criadores de mariposas para jardines de mariposas o ceremonias de boda, era ideal para el estudio del color estructural de Thayer.
"Edith notó que a veces estas mariposas tienen solo unas pocas escamas azules en la parte delantera del ala delantera y comenzaron a criar a los animales azules juntos", dijo Thayer, quien está en el Departamento de Biología Integrativa de UC Berkeley. "Entonces, efectivamente,ella estaba haciendo un experimento de selección artificial, guiada por su propia curiosidad e intuición sobre lo que sería interesante "
En un artículo que aparece en línea hoy en la revista eLife , Thayer y Nipam Patel, un profesor de biología molecular y celular de la Universidad de California en Berkeley que está de licencia como director del Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts, describen los cambios físicos en las escalas de las alas asociadas con el experimento de Smith en el Buckeye común,e informar un regulador genético de la iridiscencia azul.
"Me encantó especialmente el claro contexto evolutivo: poder comparar directamente el 'antes' y el 'después' y reconstruir toda la historia", dijo Thayer. "Sabemos que el azul en J. coenia es un cambio reciente, nosotrossabemos explícitamente cuál fue la fuerza de selección, conocemos el marco temporal del cambio. Eso no sucede todos los días para los biólogos evolucionistas ".
El color estructural produce mariposas llamativas
Según Thayer, se han estudiado cientos de mariposas debido al llamativo color estructural en las escamas de sus alas. La más llamativa es el morfo azul, con alas de 5 pulgadas de azul iridiscente bordeadas de negro. Su estudio, sin embargo, se centró en ungénero menos vistoso Junonia y descubrió que el color iridiscente es común en todas las 10 especies, incluso en las monótonas. Una mariposa gris claro, el pensamiento J. atlites , demostrado bajo un microscopio que tiene escamas iridiscentes de color arcoíris cuyos colores se mezclan en gris cuando se ve a simple vista.
Dijo que una lección importante del estudio es que "la mayoría de los patrones de mariposas probablemente tengan una mezcla de color de pigmento y color estructural, y cuál tiene el mayor impacto en el color del ala depende de cuánto pigmento haya".
Thayer crió tanto el buckeye común, parduzco y salvaje como la variedad cruzada, más azul obtenida de Smith. Usando un microscopio de iones de helio de última generación, tomó imágenes de escamas de las alas para ver qué estructuras de escamas son responsables deel color y para determinar si el cambio de color se debió a un cambio en el color estructural, o simplemente a una pérdida de pigmento marrón que permitió que el color azul se destaque.
No encontró diferencia en la cantidad de pigmento marrón en las escamas, pero sí una diferencia significativa en el grosor de la quitina, el polímero fuerte a partir del cual se construye la escala y que también genera el color estructural. En el castaño silvestre, el grosorde la capa de quitina tenía aproximadamente 100 nanómetros, produciendo un tono dorado que se mezclaba con el pigmento marrón. El castaño azul tenía quitina de aproximadamente 190 nanómetros de grosor, aproximadamente el grosor de una burbuja de jabón, que producía una iridiscencia azul que eclipsaba el pigmento marrón.
"En realidad, están creando el color de la misma manera que funciona una iridiscencia de burbuja de jabón; es el mismo fenómeno físicamente", dijo Thayer.
También descubrió que, aunque las escalas de la Junonia las mariposas tienen una estructura microscópica elaborada, el color estructural proviene de la parte inferior o base de la escala.
"Eso no es intuitivo, porque la parte superior de la escala tiene todas estas curvas y surcos y detalles que realmente llaman la atención, y los colores estructurales más famosos son estructuras elaboradas, a menudo en la parte superior de la escala".ella dijo: "Pero la capa simple y plana en la parte inferior de la escala controla la coloración estructural en cada especie que verificamos".
"El color se reduce a un cambio relativamente simple en la escala: el grosor de la lámina", dijo Patel. "Creemos que este será un sistema genéticamente manejable que nos permitirá identificar los genes y los mecanismos de desarrollo que puedencontrolar la coloración estructural "
Thayer también investigó las escalas de buckeyes mutantes creadas por investigadores de la Universidad de Cornell que carecían de un gen clave, llamado optix, que controla el color. Las imágenes de micrografía demostraron que la falta del gen también aumentó el grosor de la película delgada de quitina en las escamas, creando un color azul. Optix es un gen regulador que controla muchos otros genes de mariposa, que Thayer analizará a continuación.
"Una cosa que me pareció genial acerca de nuestros hallazgos fue ver que el mismo mecanismo que se ha repetido durante millones de años de evolución de la mariposa podría reproducirse realmente rápidamente en el experimento de la sección artificial de Smith", dijo. "Eso dice queEl color que evoluciona por los cambios en el grosor de la lámina es un fenómeno repetible e importante ".
Frances Allen, científica investigadora del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de UC Berkeley, también es coautora del artículo. El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation DEB-1601815, DGE-1106400.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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