Zuerst haben Wissenschaftler das Wachstum von Schmetterlingsflügeln im Kokon auf Video festgehalten

einer der berühmteste gedichte Von Gerard Manley Hopkins Er beginnt damit, das Phänomen des Schillerns zu loben. Es wird in Hopkins‘ Gedicht durch die bunten Flügel von Königsjägern und Libellen dargestellt, aber auch in den Flügeln von Zikaden und Schmetterlingen, bei bestimmten Käferarten und in den bunten Federn männlicher Pfauen findet sich ein Schillern. Jetzt hat ein Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology zum ersten Mal das einzigartige Skelettwachstum der Flügel eines Schmetterlings auf Video festgehalten – kontinuierlich, während sich der Schmetterling in seinem Kokon entwickelt. Die Forscher beschreiben ihre Ergebnisse in einem neuen Papier, das in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde.

wie Ich habe vorher geschriebenDie leuchtend schillernden Farben der Flügel eines Schmetterlings kommen nicht von irgendwelchen Pigmentmolekülen, sondern von der Flügelbildung. Es ist ein natürlich vorkommendes Beispiel für das, was Physiker nennen Photonische Kristalle. Die Schuppen von Chitin (ein bei Insekten häufig vorkommendes Polysaccharid) sind wie Dachziegel angeordnet. Im Grunde bilden sie eine Datei Beugungsgitter, außer dass photonische Kristalle bestimmte Farben oder bestimmte Wellenlängen des Lichts erzeugen, während Beugungsgitter wie ein Prisma das gesamte Spektrum erzeugen.

Photonische Kristalle, auch optische Bandgap-Materialien genannt, sind „durchstimmbar“, d. h. sie sind genau so angeordnet, dass sie bestimmte Lichtwellenlängen blockieren und andere durchlassen. Passen Sie die Struktur an, indem Sie die Größe der Kacheln ändern, und die Kristalle werden für eine andere Wellenlänge empfindlich. (Eigentlich ist der Regenbogenrüssler lässt sich steuern Sowohl die Größe seiner Schuppen als auch die Menge an Chitin, die verwendet wird, um diese Farben nach Bedarf anzupassen.)

Noch besser (aus Anwendungssicht) ist die Farbwahrnehmung nicht vom Betrachtungswinkel abhängig. Und Waagen dienen nicht nur der Ästhetik; Sie helfen, das Insekt vor den Elementen zu schützen. Es gibt mehrere Arten von Synthetische Photonik-KristalleDoch ein besseres und detaillierteres Verständnis dafür, wie diese Strukturen in der Natur wachsen, könnte Wissenschaftlern helfen, neue Materialien mit ähnlichen Eigenschaften zu entwickeln, wie helle Fenster, selbstreinigende Oberflächen für Autos und Gebäude oder sogar wasserdichte Textilien. Geldscheine können chiffrierte schillernde Muster enthalten, um Fälscher zu verhindern.

Schmetterlingsflügel faszinieren Wissenschaftler seit der ersten Dokumentation dieses Flügelwachstums im Jahr 1938. Heute verfügen wir über fortschrittlichere bildgebende Verfahren, die mehr Licht auf diesen komplexen Prozess werfen. „Vorherige Studien Präsentieren von überzeugenden Aufnahmen in bestimmten Entwicklungsstadien; Leider geben sie nicht den fortlaufenden Zeitplan und die Abfolge dessen bekannt, was passiert, wenn die Waage-Strukturen wachsen.“ Co-Autor Matthias Kohli sagte:, ein Maschinenbauingenieur am MIT. „Wir mussten mehr sehen, um es besser zu verstehen.“

Das Team sammelte Gruppen von bemalten Schmetterlingen (Vanessa CardoyBeobachten Sie im Labor die Larven in einzelnen Behältern sorgfältig, bis die Larven ihre Haut abgeworfen haben. Nachdem die Raupen in einen Kokon eingehüllt waren und die endgültige Verwandlung in Schmetterlinge begann, begannen die Forscher, den Vorgang aufzuzeichnen. Sie stützten sich auf zwei chirurgische Ansätze, um einen Einblick in die Flügelentwicklung in Kokons zu erhalten.

Zuerst legten die Forscher den vorderen Teil der Haut frei, indem sie einen Teil der Nagelhaut mit einem Skalpell entfernten; Kokons wurden für dieses Verfahren anästhesiert. Anschließend legten sie eine dünne Glasabdeckung mit Biokleber über den ausgeschnittenen Bereich und versiegelten ihn mit einer tragbaren zahnärztlichen Lichtbehandlungslampe.

Um die Hinterflügel zu fotografieren, packte das MIT-Team sowohl die Kutikula des Kokons als auch die Frontalnaht und drehte sie zum Kopf hin. Der Heck- und Heckflügel waren durch einen Streifen Zahnmasse getrennt. Auch hier verwendeten die Forscher ein Deckglas, um den freiliegenden Flügel zu schützen und ein Fenster in den Kokon zu schaffen, das das Fenster mit Zahnpaste versiegelte.

Um die Entstehung des Flügels zu erfassen, benötigten die Forscher jedoch eine spezielle Art der Bildgebung, denn ein bloßes Bestrahlen des Flügels mit einem breiten Lichtstrahl kann Zellen schädigen. Die Lösung: Speckle-Bonding-Phasenreflexionsmikroskopie, bei der viele kleine Lichtpunkte an bestimmten Stellen des Flügels eingestrahlt werden.

„Das gefleckte Feld ist wie Tausende von Glühwürmchen, die ein Feld von Lichtpunkten erzeugen“, Co-Autor Peter Su sagte, einer von drei Experten für diese Art der Bildgebung, die an Experimenten mitgearbeitet haben. „Mit dieser Methode können wir das Licht aus verschiedenen Schichten isolieren und die Informationen rekonstruieren, um eine dreidimensionale Struktur effektiv abzubilden.“