Svelato il segreto del blu elettrico delle razze

AGI - Scoperte le uniche nanostrutture responsabili delle macchie blu elettrico della razza a nastro a macchie blu, Taeniura lymma, con possibili applicazioni per lo sviluppo di una colorazione priva di sostanze chimiche. A rivelarlo una ricerca internazionale, pubblicata su Advanced Optical Materials e presentata alla Conferenza annuale della Society for Experimental Biology che si tiene a Praga dal 2 al 5 luglio 2024. L’equipe sta inoltre conducendo ricerche sulla colorazione blu, altrettanto enigmatica, della verdesca, Prionace glauca. La colorazione della pelle svolge un ruolo chiave nella comunicazione tra gli organismi, fornendo indizi visivi fondamentali per la vita che possono mettere in guardia, attrarre o mimetizzare. Queste razze possiedono delle macchie blu elettrico sulla loro pelle, ma i processi biologici che le producono erano un mistero, fino ad ora.

“Se si vede il blu in natura, si può quasi essere certi che sia prodotto da nanostrutture di tessuto, non da pigmenti - ha detto Mason Dean, professore associato di anatomia comparata alla City University di Hong Kong, CityU -. La comprensione del colore strutturale degli animali non riguarda solo la fisica ottica, ma anche i materiali coinvolti, il modo in cui sono finemente organizzati nel tessuto e l’aspetto del colore nell’ambiente dell’animale. Per mettere insieme tutti questi pezzi, abbiamo riunito un grande gruppo di scienziati provenienti da diversi Paesi, arrivando a una soluzione sorprendente e divertente per il puzzle del colore delle razze”, ha commentato Dean.

I colori sono prodotti da strutture estremamente piccole che manipolano la luce, piuttosto che da pigmenti chimici. “I colori blu sono particolarmente interessanti perché i pigmenti blu sono estremamente rari e la natura spesso utilizza strutture su scala nanometrica per produrre il blu”, ha spiegato Viktoriia Kamska, postdoc che studia i meccanismi di colorazione naturale alla CityU. “Siamo particolarmente interessati alle razze dalla coda a nastro perché, a differenza della maggior parte degli altri colori strutturali, il loro colore blu non cambia quando le si guarda da angolazioni diverse”, ha proseguito Kamska.

Il gruppo di ricerca ha combinato una serie di tecniche per comprendere l’architettura della pelle in diverse condizioni naturali. “Per comprendere l’architettura su scala fine della pelle, abbiamo utilizzato la tomografia microcomputerizzata, micro-CT, la microscopia elettronica a scansione, SEM, e la microscopia elettronica a trasmissione, TEM”, ha evidenziato Dean. “Abbiamo scoperto che il colore blu è prodotto da cellule cutanee uniche, con una disposizione stabile in 3D di sfere in scala nanometrica contenenti nanocristalli riflettenti, come perle sospese in un tè con le bollicine”, ha dichiarato Amar Surapaneni, postdoc del gruppo di Mason Dean fino a poco tempo fa e ora accademico in visita al Trinity College di Dublino.

“Poiché le dimensioni delle nanostrutture e la loro spaziatura sono un multiplo utile della lunghezza d’onda della luce blu, esse tendono a riflettere specificamente le lunghezze d’onda blu”, ha aggiunto Surapaneni. È interessante notare che l’esclusiva disposizione “quasi ordinata” delle sfere ha contribuito a garantire che il colore rimanesse invariato con l’angolo di osservazione.

“E per ripulire i colori estranei, uno spesso strato di melanina sotto le cellule che producono il colore assorbe tutti gli altri colori, dando vita a una pelle blu estremamente luminosa - ha specificato Dean -. In definitiva, i due tipi di cellule sono una grande collaborazione: le cellule strutturali del colore si concentrano sul colore blu, mentre le cellule del pigmento di melanina sopprimono le altre lunghezze d’onda, dando vita a una pelle blu estremamente luminosa”, ha notato Dean.

L’équipe ritiene che questa affascinante colorazione blu possa fornire vantaggi mimetici alle razze. “In acqua, il blu penetra più in profondità di qualsiasi altro colore, aiutando gli animali a mimetizzarsi con l’ambiente circostante - ha osservato Dean -. Le macchie blu brillante della pelle delle razze non cambiano con l’angolo di osservazione; pertanto, potrebbero avere vantaggi specifici nella mimetizzazione quando l’animale nuota o manovra rapidamente con le ali ondulate”.

Le applicazioni di questa ricerca, attualmente in fase di esplorazione, includono materiali colorati senza pigmenti bio-ispirati. “Stiamo portando avanti collaborazioni con altri ricercatori per sviluppare sistemi biomimetici flessibili strutturalmente colorati, ispirati alla natura morbida della pelle delle razze, per ottenere colori sicuri e privi di sostanze chimiche nei tessuti, nei display flessibili, negli schermi e nei sensori”, ha affermato Dean.

Oltre al lavoro sulle razze, Kamska e colleghi stanno studiando la colorazione blu di altre razze e squali, tra cui la verdesca. “Nonostante il nome ‘squalo blu’ e i suoi aspetti ecologici siano ben studiati, nessuno sa ancora come si produca il colore blu sulla sua pelle”, ha precisato Kamska. “I risultati preliminari dimostrano che questo meccanismo di colorazione è diverso da quello della ragnatela, ma proprio come per la ragnatela, dobbiamo provare diverse combinazioni di strumenti di imaging e affrontare molteplici discipline correlate in ottica, materiali e scienze biologiche”, ha concluso Kamska.