17.6 C
Lisboa
Quarta-feira, Julho 6, 2022

Iridescência deslumbrante dos pássaros ligada a ajustes em nanoescala da estrutura das penas – ScienceDaily

Must read


O brilho iridescente que torna pássaros como pavões e beija-flores tão impressionantes está enraizado em uma nanoestrutura natural tão complexa que as pessoas estão apenas começando a replicá-la tecnologicamente. O segredo de como os pássaros produzem essas cores brilhantes reside em uma característica fundamental do design em nanoescala da pena, de acordo com um estudo conduzido por pesquisadores da Universidade de Princeton e publicado na revista. eLife.

Os pesquisadores descobriram um ajuste evolutivo na nanoestrutura das penas que mais que dobrou a gama de cores iridescentes que os pássaros podem exibir. Essa percepção pode ajudar os pesquisadores a entender como e quando a brilhante iridescência evoluiu nos pássaros, bem como inspirar a engenharia de novos materiais que podem capturar ou manipular a luz.

Conforme os pássaros iridescentes se movem, as estruturas em nanoescala dentro dos minúsculos filamentos semelhantes a ramos de suas penas – conhecidas como bárbulas – interagem com a luz para amplificar certos comprimentos de onda dependendo do ângulo de visão. Essa iridescência é conhecida como coloração estrutural, em que nanoestruturas semelhantes a cristal manipulam a luz.

“Se você tirar uma única bárbula de uma pena iridescente, fazer um corte transversal e colocá-la sob um microscópio eletrônico, verá uma estrutura ordenada com pontos pretos, ou às vezes anéis ou plaquetas pretas, dentro de um substrato cinza”, disse o primeiro autor Klara Nordén, um Ph.D. estudante no laboratório da autora sênior Mary Caswell Stoddard, professora associada de ecologia e biologia evolutiva em Princeton e docente associado no High Meadows Environmental Institute (HMEI) de Princeton. “Os pontos pretos são sacos cheios de pigmentos chamados melanossomas, e o cinza ao redor deles é a queratina das penas. Acho essas estruturas em nanoescala tão bonitas quanto as cores que produzem.”

Curiosamente, as estruturas dos melanossomos têm várias formas. Eles podem ser em forma de bastonete ou em forma de plaqueta, sólidos ou ocos. Os beija-flores, por exemplo, tendem a ter melanossomas ocos em forma de plaquetas, enquanto os pavões têm melanossomas em forma de bastão. Mas por que os pássaros desenvolveram nanoestruturas iridescentes com tantos tipos diferentes de melanossomos é um mistério, e os cientistas não têm certeza se alguns tipos de melanossomos são melhores do que outros na produção de uma ampla gama de cores vibrantes.

Para responder a esta pergunta, os pesquisadores combinaram análise evolutiva, modelagem óptica e medições de plumagem – tudo o que lhes permitiu descobrir os princípios gerais de design por trás das nanoestruturas de penas iridescentes.

Nordén e Stoddard trabalharam com o co-autor Chad Eliason, um pós-doutorado no The Field Museum, para primeiro pesquisar a literatura e compilar um banco de dados de todas as nanoestruturas de penas iridescentes descritas em pássaros, que incluíram mais de 300 espécies. Eles então usaram uma árvore genealógica de pássaros para ilustrar quais grupos desenvolveram os diferentes tipos de melanossomos.

Existem cinco tipos principais de melanossomas em nanoestruturas de penas iridescentes: hastes grossas, hastes finas, hastes ocas, plaquetas e plaquetas ocas. Exceto por hastes grossas, todos esses tipos de melanossomos são encontrados em plumagem de cores brilhantes. Como o tipo de melanossomo ancestral é em forma de bastonete, trabalhos anteriores se concentraram nas duas características óbvias exclusivas das estruturas iridescentes: forma de plaquetas e interior oco.

No entanto, quando os pesquisadores avaliaram os resultados de sua pesquisa, eles perceberam que havia uma terceira característica do melanossomo que foi esquecida – camadas finas de melanina. Todos os quatro tipos de melanossomos em penas iridescentes – hastes finas, hastes ocas, plaquetas e plaquetas ocas – criam camadas de melanina finas, muito mais finas do que uma estrutura construída com hastes grossas. Isso é importante porque o tamanho das camadas nas estruturas é a chave para produzir cores vibrantes, disse Nordén.

“A teoria prevê que existe uma espécie de zona Cachinhos Dourados em que as camadas de melanina têm a espessura certa para produzir cores realmente intensas no espectro visível dos pássaros”, disse ela. “Suspeitamos que hastes finas, plaquetas ou formas ocas podem ser caminhos alternativos para atingir a espessura ideal a partir do tamanho ancestral de melanossomos muito maiores – as hastes grossas.”

Os pesquisadores testaram sua ideia em espécimes de pássaros no Museu Americano de História Natural na cidade de Nova York, medindo a cor da plumagem iridescente de pássaros que resulta de nanoestruturas com diferentes tipos de melanossomos. Eles também usaram a modelagem óptica para simular as cores que seriam possíveis de produzir com diferentes tipos de melanossomos. A partir desses dados, eles determinaram qual característica – camadas finas de melanina, formato das plaquetas ou vazios – tem a maior influência sobre o alcance e a intensidade da cor. Combinando os resultados da modelagem óptica e análises de plumagem, os pesquisadores determinaram que camadas finas de melanina – não importa a forma dos melanossomas – quase dobraram a gama de cores que uma pena iridescente poderia produzir.

“Este importante avanço evolutivo – que os melanossomas podem ser arranjados em finas camadas de melanina – desbloqueou novas possibilidades de produção de cor para os pássaros”, disse Stoddard. “Os diversos tipos de melanossomos são como um kit de ferramentas nanoestrutural flexível, oferecendo diferentes rotas para o mesmo fim: cores brilhantes iridescentes produzidas por finas camadas de melanina.”

Isso pode explicar por que existe uma diversidade tão grande de tipos de melanossomos em nanoestruturas iridescentes. As nanoestruturas iridescentes provavelmente evoluíram muitas vezes em diferentes grupos de pássaros, mas, por acaso, finas camadas de melanina evoluíram de um bastão grosso de maneiras diferentes. Alguns grupos desenvolveram camadas finas de melanina achatando os melanossomos (produzindo plaquetas), outros esvaziando o interior do melanossomo (produzindo formas ocas) e ainda outros diminuindo o tamanho da haste (produzindo hastes finas).

As descobertas do estudo podem ser usadas para reconstruir a iridescência brilhante em animais pré-históricos, disse Nordén. Os melanossomos podem ser preservados em penas fósseis por milhões de anos, o que significa que os paleontólogos podem inferir a cor original das penas – até mesmo iridescência – em pássaros e dinossauros medindo o tamanho dos melanossomos fossilizados.

“Com base nas hastes sólidas grossas que foram descritas na plumagem de Microraptor, por exemplo, podemos dizer que este terópode emplumado provavelmente tinha plumagem iridescente muito mais parecida com a de um estorninho do que com a de um pavão “, disse Nordén.

A composição dos melanossomas e da queratina nas penas das aves pode conter pistas para a engenharia de nanoestruturas iridescentes avançadas que podem capturar ou manipular luz com eficiência, ou ser usadas para produzir tintas ecológicas que não requerem tintas ou pigmentos. Revestimentos superpretos como o Vantablack usam nanoestruturas que absorvem e dispersam em vez de refletir a luz, semelhante à plumagem negra das espécies da família das aves do paraíso (Paradisaeidae).

Penas iridescentes também podem levar a uma compreensão mais rica de materiais multifuncionais, disse Nordén. Ao contrário dos materiais feitos pelo homem, que muitas vezes são desenvolvidos para uma única função, os materiais naturais são inerentemente polivalentes. A melanina não apenas ajuda a produzir iridescência; também protege as aves da perigosa radiação ultravioleta, fortalece as penas e inibe o crescimento microbiano.

“E se os diferentes tipos de melanossomos inicialmente evoluíssem por algum motivo não relacionado à cor iridescente – como para tornar a pena mecanicamente mais forte ou mais resistente ao ataque microbiano”, disse Nordén. “Estas são algumas das questões que estamos ansiosos para enfrentar a seguir.”



Fonte original deste artigo

- Advertisement -spot_img

More articles

DEIXE UMA RESPOSTA

Please enter your comment!
Please enter your name here

- Advertisement -spot_img

Latest article