Hemligheten med hur fjärilsvingar får sina livfulla färger har avslöjats i en ny studie. Med hjälp av banbrytande superupplösningsmikroskopi har forskare från University of Sheffield och Central Laser Facility kunnat undersöka utvecklingsstadierna för fjärilsfjäll och spåra deras bildning från larv till fjäril.
Den nya studien, publicerad i tidskriften Nature Communications , avslöjar att aktin – ett protein i fjärilsfjäll – orkestrerar det invecklade arrangemanget av de färgglada strukturerna.
När de jämförde färgglada fjäll med tråkiga, märkte Sheffield-forskare att de färgglada hade mycket tätare aktinknippen, vilket skapade mer reflekterande åsar.
Med hjälp av kraftfulla mikroskop såg forskarna hur aktin förändrades under skaltillväxt och färgbildning, vilket visar hur aktin är avgörande för att skapa fjärilsfärger, och sannolikt är en universell process bland alla fjärilar.
Dessa strukturella färger kan överleva tuffa miljöer, som starkt, direkt solljus, eftersom det inte finns några pigment som kan blekas eller skadas.
Genom att undersöka mekanismerna bakom färgning av fjärilsvingar hoppas forskarna få insikter i bredare områden av cellstrukturbildning, inklusive potentiella tillämpningar inom avkänning och diagnostik som kan vara viktiga för en mängd teknologier inklusive medicin.
Studien skapar också möjligheter för utveckling av innovativa teknologier inspirerade av naturens egna skapelser.
Strukturella färgbaserade teknologier, som efterliknar de reflekterande egenskaperna hos fjärilsfjäll, är lovande inom områden som sensorer och medicinsk diagnostik, och erbjuder snabba och lyhörda lösningar utanför traditionella laboratoriebaserade metoder.
Dr Andrew Parnell, från University of Sheffields institution för fysik och astronomi, och huvudförfattare till studien sa:"Actin är som en sömmerska, som lägger ut och fäster arrangemanget av dessa strukturer för att forma de levande färgerna. När aktinet har avslutat sitt arbete lämnar den cellen som att ta bort nålar i klädsömnad.
"Nanostrukturer i fjärilsskala är ett kraftfullt sätt att skapa långvariga ljusa färger som inte bleknar eller blekas av solens ultravioletta (UV) strålar. Världens museer innehåller direkta bevis på detta.
"Vi måste gå över till naturinspirerade sätt att göra så ljusa färger. Detta skulle vara i större skala som nya typer av hållbara färger och beläggningar."
Dr. Nicola Nadeau, från University of Sheffield's School of Biosciences, och medförfattare till artikeln sa:"Jag tycker att det är fascinerande att fjärilar under metamorfos kan producera dessa otroligt komplicerade strukturer som är så invecklat mönstrade.
"Att förstå hur de gör det och hur det styrs av maskineriet i cellen har gett oss nya insikter om hur biologiska strukturer bildas mer generellt och hur vi kan gå tillväga för att replikera dessa processer."
Dr. Esther Garcia, från STFC Central Laser Facility, sa:"Som mikroskopist har det varit otroligt spännande att vara en del av det här projektet, vi har visualiserat fjärilsfjäll med en aldrig tidigare skådad detaljnivå.
"Denna forskning ger inte bara ny information om de små delarna av dessa celler, utan utgör också ett verktyg för andra forskare som är intresserade av att studera liknande strukturer i andra organismer."
Dr. Victoria Lloyd, forskarassistent från University of Sheffield's School of Biosciences och första författare till tidningen, sa:"Att visa att störande aktin tar bort färgen var nyckeln. Det understryker den dynamiska och oumbärliga rollen som aktin spelar för att producera de levande färgerna som hittas i fjärilsfjäll."
Mer information: Victoria J. Lloyd et al, Aktincytoskelettet spelar flera roller i strukturell färgbildning i fjärilsvingfjäll, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48060-3
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Sheffield
