Сотрудничество биологов и материаловедов раскрывает неожиданные свойства крыльев бабочек

Совместное исследование биологов и материаловедов из Пенсильванского университета дает новые данные о крыльях "толстоголовок" (Skipper butterfly) из тропических лесов Коста-Рики. Полученные знания могут привести к технологическим прорывам в областях от энергоэффективных дисплеев и сенсоров до "умных" зданий, окон и транспорта.

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, провели профессор материаловедения Шу Ян и профессор биологии Дэниел Янцен с коллегами. Поводом для сотрудничества стало наблюдение куратора Lepidoptera из Смитсоновского музея Джона Бёрнса и Янцена: белый цвет на крыльях этих бабочек выглядит по-разному в зависимости от угла обзора.

Ключевые открытия:

• Структурная белизна: Белый цвет на крыльях создается не пигментом, а исключительно за счет микро- и наноструктуры чешуек. Обратная сторона крыла имеет коричневатый пигментный окрас для маскировки.
• Зависимость от угла: У самцов белые участки особенно заметны и обладают сильной угловой зависимостью: при взгляде под острым углом они ярко сверкают (как световозвращатель на велосипеде), а под прямым углом — тускнеют или исчезают.
• Уникальная структура: Сканирующая электронная микроскопия (SEM) показала, что ответственные за белизну чешуйки не плоские. Они приподняты, изогнуты и могут располагаться под крутым углом к поверхности крыла.
• Биологическая функция: Исследователи предполагают, что такая яркая, углозависимая белизна важна для коммуникации или спаривания в условиях слабого освещения под пологом тропического леса, создавая необходимый контраст.

Технологический потенциал:

По словам Шу Ян, белый цвет критически важен в технологиях: от бумаги и зубных протезов до фоновой подсветки дисплеев. Понимание природных механизмов может помочь в создании:

• "Умных" окон, которые могут регулировать пропускание света.
• Энергоэффективных покрытий для крыш и фасадов в жарком климате.
• Новых материалов для камуфляжа и сигнальных систем.

Исследование — лишь начало диалога между эволюционными биологами и материаловедами. Янцен подчеркивает, что для полезного биомиметического дизайна необходимо изучать "миллионы решений, которые природа эволюционно изобрела", в их естественной среде обитания.