Наноструктуры-«косы» раскрывают трёхмерную основу яркой зелёной окраски бабочек

Исследуя процессы развития в куколке, превращающие её в бабочку, учёные обнаружили новый этап формирования сложной наноструктуры, ответственной за яркий зелёный цвет крыльев.

Объектом исследования стала неотропическая бабочка Изумрудный парусник (Parides sesostris). Куколок выращивали в Смитсоновском институте тропических исследований в Гамбоа (Панама), а образцы тканей извлекали из развивающихся крыльев.

Чешуйки крыльев этого вида содержат гироид — пористый наноматериал на основе высокосимметричной трёхмерной сети. В чешуйках бабочки он действует как фотонный кристалл и создаёт характерную зелёную окраску за счёт структурной интерференции, не требующей химических пигментов.

Ранее считалось, что гироидные структуры имеют гладкую внутреннюю поверхность. Однако новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что чешуйки крыльев развиваются как структура, сплетённая из волокон — наподобие косы или верёвки. Это опровергает общепринятое представление об их формировании как гладких конструкций.

Ведущий автор исследования доктор Энни Джессоп отметила, что находка указывает на дополнительную, ранее не наблюдавшуюся стадию развития чешуек крыльев.

«Мы обнаружили, что гироид в развивающихся чешуйках вовсе не гладкий, он похож на косу или верёвку. Настолько маленькую, что для её рассмотрения нужен электронный микроскоп. Но когда бабочка полностью развита, это плетение больше не видно, и структура кажется гладкой. Как это происходит — следующая часть головоломки, которую нам предстоит решить».

Доцент Пета Клод заявила, что открытие промежуточной стадии формирования чешуек меняет парадигму понимания того, как сложные сетчатые структуры образуются у бабочек и насекомых.

Доктор Джессоп подчеркнула, что исследование имеет широкое значение из-за повсеместного распространения гироидной структуры в природе.

«Структуры, подобные гироиду, широко распространены в извитых внутриклеточных мембранах и других тканевых структурах во всех царствах жизни. Однако мы до конца не понимаем их формирования и функции. Нас сдерживает сложность изучения этих структур in vivo. Установление бабочки Parides в качестве модельной системы помогает нашему более широкому пониманию использования природой гироидоподобных структур».

Профессор Герд Шрёдер-Тюрк отметил, что демонстрация того, что сплетение волокон в гироид не только теоретически возможно, но и существует в функциональной ткани, вероятно, вдохновит новые исследования в биологических, синтетических и биоинспирированных материалах.