En la naturaleza encontramos multitud de colores y diseños que en ocasiones brindan la habilidad para fundirse con el entorno y en otras destacar. Ambas estrategias son válidas para la supervivencia: mientras que con un buen camuflaje puedes esconderte de tus depredadores pasando desapercibido (cripsis), con colores brillantes advertirás de lo venenoso que eres y la mala idea que supone comerte (aposematismo). Estos colores que percibimos son el resultado de la luz blanca cuando incide sobre una superficie, donde una parte del espectro visible es absorbida por la misma y la otra es reflejada, fenómeno que ocurre en función del material y estructura de dicha superficie. El color que por tanto percibimos es la mezcla de las longitudes de onda reflejadas.
Si pensamos en diversidad de formas y colores en la naturaleza, tal vez pasen por nuestra cabeza los insectos. En el caso de los lepidópteros, comúnmente conocidos como mariposas y polillas, la variedad de colores es inmensa, y aunque las especies más conocidas son las que lucen diseños más llamativos, la mayoría son de hábitos nocturnos y de coloración muy discreta. La principal característica de este orden de insectos es la presencia de dos pares de alas cubiertas por minúsculas escamas, de ahí su nombre: Lepidoptera, del griego «lepis» (escama) y «pteron» (ala). Cuando hablamos de escamas en las mariposas debemos distinguir dos tipos. El primer tipo se corresponde con aquellas escamas que poseen pigmentos, unas moléculas químicas que tienen la facultad de absorber determinadas ondas del espectro y reflejar otras, de modo que captamos el color de la luz reflejada por estos pigmentos. Además, la luz también puede rebotar en estas complejas estructuras y reflejar tonalidades mediante dispersión o interferencia, como sucede con las plumas de la cola del pavo real o la iridiscencia de una pompa de jabón. En cuanto al segundo tipo, los colores de las alas de las mariposas también dependen, además de los pigmentos que poseen sus escamas, de su estructura y morfología. A estos colores metálicos producidos por la modificación de la trayectoria de la luz se les conoce como “colores estructurales”, siendo el ejemplo más conocido en mariposas el azul brillante del género Morpho, una de las mariposas más emblemáticas de Costa Rica.
Esto no quiere decir que las mariposas que poseen pigmentos en sus escamas no cuenten con colores estructurales; el diseño de sus alas puede ser una combinación de ambos. En 2018 un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur descubrió que al alterar los genes que codificaban la pigmentación de las alas de Bicyclus anynana también se modificaban la estructura y morfología de las escamas, por lo que pigmentos y estructuras podrían combinarse para formar los colores de las mariposas. Pero, ¿qué ocurre cuando una mariposa no tiene color? Aunque no lo parezca es el caso de varias especies de lepidópteros, entre otros Greta oto, conocida en América del Sur y Central como “mariposa de cristal” o “espejitos”. Las alas de este ninfálido son totalmente transparentes, dejando que la luz las atraviese por completo sin reflexión ni absorción, así que cualquier objeto puede verse claramente a través de ellas. La transparencia, por tanto, resulta de la transmisión de luz a través de un material sin absorción o reflexión apreciable. Estos niveles de reflexión vienen determinados en gran medida por las diferencias entre índices de refracción en tejidos biológicos y el medio, una diferencia mayor da como resultado una mayor reflexión de la superficie. Este fenómeno de transparencia en la naturaleza está muy estudiado en organismos marinos (donde es bastante común), pero en el medio terrestre la transparencia es un fenómeno difícil de observar, principalmente por la diferencia entre los índices de refracción del tejido del organismo terrestre y el aire.
La quitina de las alas de esta mariposa ya le proporciona cierta transparencia inherente, pero no es suficiente para explicar la ausencia de reflexión de la luz. Un grupo de investigadores de California publicó en BioRxiv a principios de julio la respuesta a este fenómeno y comienzan exponiendo el problema de la transparencia en la superficie terrestre, indicando cómo algunos organismos habían evolucionado desarrollando nanoestructuras anti-reflectantes. Una de las primeras nanoestructuras descubiertas fueron las “nipple array”, presentes en las córneas de algunos insectos y que reducen la reflexión de varias longitudes de onda, suavizando considerablemente la diferencia de refracción entre el aire y la quitina (que, como recordamos, era la principal causa de reflexión de la luz y por tanto, percepción del color). Pues bien, estas “nipple arrays” no solo se encuentran en los ojos compuestos de algunos insectos, también se han encontrado en las alas de varios lepidópteros.
En el caso de la mariposa de cristal se encontró que la zona transparente del ala varía en cuanto a densidad y tamaño de las escamas respecto al área opaca. Y no sólo eso, la superficie transparente está formada por dos capas: una primera compuesta por nanoestructuras “nipple array” de quitina y una segunda capa superior de nanopilares de cera dispuestos de forma irregular y con una altura aleatoria, junto con escamas delgadas y orientadas verticalmente que permiten que la superficie de quitina quede expuesta. Según el estudio, estos nanopilares de cera otorgan propiedades anti-reflectivas extra, ya que al eliminarlos con hexano en el laboratorio aumentaba la reflexión de la luz en la superficie del ala de forma considerable.
Las bases del desarrollo de la transparencia siguen siendo un misterio, por lo que actualmente se siguen explorando aspectos de la diversidad estructural, propiedades ópticas, distribución filogenética y relevancia ecológica de este fenómeno dentro de una amplia gama de mariposas y polillas. La transparencia es un fenómeno repetido a lo largo de la evolución y que, como tal, brinda oportunidades de supervivencia en el medio terrestre, por tanto los lepidópteros no son admirados ni reconocidos únicamente por sus colores, sino también por la casi perfecta ausencia de los mismos.
Por último, en este vídeo de Deep Look podéis ver de cerca las alas transparentes de Greta oto y su estructura nanométrica:
Referencias:
1. Aaron F. Pomerantz, Radwanul H. Siddique, Elizabeth I. Cash, Yuriko Kishi, Charline Pinna, Kasia Hammar, Doris Gómez, Marianne Elias y Nipam H. Patel (2020). Developmental, cellular, and biochemical basis of transparency in the glasswing butterfly Greta oto. BioRxiv: 10.1101/2020.07.02.183590
2. Yuji Matsuoka y Antónia Monteiro (2018). Melanin pathway genes regulate color and morphology of butterfly wing scales. Cell Reports, 3 (24), pp: 56-65.
3. Doekele G. Stavenga, S. Foletti, G. Palasantzas y Kentaro Arikawa (2006). Light on the moth-eye corneal nipple array of butterflies. Proceedings of the National Academy of Sciences B, 273 (1587), pp: 661-667.
4. Valerie R. Binetti, Jessica D. Schiffman, Oren D. Leaffer, Jonathan E. Spainer y Caroline L. Schauer (2009). The natural transparency and piezoelectric response of the Greta oto butterfly wing. Integrative Biology, 1 (4), pp: 324-329.
Recursos: La fotografía de portada de una mariposa de cristal (Greta oto) es obra de Pedro Muñoz Sánchez. La fotografía de una morfo azul andina (Morpho peleides) es de Vera Kratochvil. La fotografía de Greta oto del texto pertenece a David Tiller. La imagen tridimensional de un «nipple array» se ha extraído del artículo de Stavenga et al. (2006). Las fotografías al microscopio y la lupa de las diferencias entre alas tratadas con hexano y alas no tratadas se han extraído del artículo de Pomerantz et al. (2020).
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