Ciencia.-Explicación a las enigmáticas manchas azules en rayas y tiburones

Los investigadores han descubierto las nanoestructuras únicas responsables de las extremadamente raras en la naturaleza manchas de color azul eléctrico de la raya de arrecife (Taeniura lymma).

El equipo también está realizando una investigación en curso sobre la igualmente enigmática coloración azul del tiburón azul (Prionace glauca), en ambos casos con posibles aplicaciones para el desarrollo de coloración sin productos químicos. Los hallazgos se publican en Advanced Optical Materials.

La coloración de la piel juega un papel clave en la comunicación de los organismos, proporcionando pistas visuales críticas para la vida que pueden advertir, atraer o camuflar. Las rayas de cola de cinta de puntos azules poseen llamativas manchas de color azul eléctrico en su piel. Sin embargo, los procesos biológicos que produjeron estas manchas de color azul eléctrico fueron un misterio hasta ahora.

«Si ves el color azul en la naturaleza, puedes estar casi seguro de que está hecho por nanoestructuras de tejido, no por pigmento», dice Mason Dean, profesor asociado de Anatomía Comparada en la City University de Hong Kong (CityU). «Para entender el color estructural de los animales no se trata solo de física óptica, sino también de los materiales involucrados, de cómo se organizan finamente en el tejido y de cómo se ve el color en el entorno del animal. Para unir todas esas piezas, reunimos un gran equipo de disciplinas de varios países y terminamos con una solución sorprendente y divertida al rompecabezas del color de las mantarrayas».

Los colores estructurales se producen por estructuras extremadamente pequeñas que manipulan la luz, en lugar de ser un producto de pigmentos químicos.

EXTREMADAMENTE RAROS EN LA NATURALEZA

«Los colores azules son especialmente interesantes porque los pigmentos azules son extremadamente raros y la naturaleza a menudo usa estructuras a nanoescala para producir el azul», dice Viktoriia Kamska, investigadora posdoctoral que estudia los mecanismos naturales de coloración en CityU. «Estamos particularmente interesadosen las mantarrayas de cola de cinta, porque a diferencia de la mayoría de los otros colores estructurales, su color azul no cambia cuando se las mira desde diferentes ángulos».

El equipo de investigación combinó una variedad de técnicas para comprender la arquitectura de la piel en diferentes condiciones naturales.

«Para comprender la arquitectura a pequeña escala de la piel, utilizamos tomografía computarizada (micro-CT), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM)», dice el Dr. Dean.

«Descubrimos que el color azul es producido por células cutáneas únicas, con una disposición tridimensional estable de esferas a escala nanométrica que contienen nanocristales reflectantes (como perlas suspendidas en un té de burbujas)», dice Amar Surapaneni, un posdoctorado del grupo de Dean hasta hace poco, y ahora académico visitante en Trinity College Dublin. «Debido a que el tamaño de las nanoestructuras y su espaciamiento son un múltiplo útil de la longitud de onda de la luz azul, tienden a reflejar específicamente las longitudes de onda azules».

Curiosamente, el equipo descubrió que la disposición «cuasi ordenada» única de las esferas ayudó a garantizar que el color permaneciera inalterado en el ángulo de visión.

«Y para limpiar cualquier color extraño, una capa gruesa de melanina debajo de las células productoras de color absorbe todos los demás colores, lo que da como resultado una piel azul extremadamente brillante», dice el Dr. Dean. «Al final, los dos tipos de células son una gran colaboración: las células de color estructural se centran en el color azul, mientras que las células de pigmento de melanina suprimen otras longitudes de onda, lo que da como resultado una piel de un azul extremadamente brillante».

El equipo cree que es probable que esta fascinante coloración azul proporcione beneficios de camuflaje para las mantarrayas.

«En el agua, el azul penetra más profundamente que cualquier otro color, lo que ayuda a los animales a mimetizarse con su entorno», dice el Dr. Dean. «Las manchas de color azul brillante en la piel de las mantarrayas no cambian con el ángulo de visión; por lo tanto, podrían tener ventajas específicas en el camuflaje cuando el animal está nadando o maniobrando rápidamente con alas ondulantes».

Las aplicaciones de esta investigación que se están explorando actualmente incluyen materiales de colores sin pigmentos de inspiración biológica.

«Estamos buscando colaboraciones con otros investigadores para desarrollar sistemas de colores estructurales biomiméticos flexibles inspirados en la naturaleza suave de la piel de las mantarrayas para colores seguros y sin químicos en textiles, pantallas flexibles, pantallas y sensores», dice el Dr. Dean.

Además de su trabajo con las rayas, la Dra. Kamska y su equipo también están investigando la coloración azul de otras rayas y tiburones, incluido el tiburón azul.

«A pesar de que el nombre ‘tiburón azul’ y sus aspectos ecológicos están bien estudiados, nadie sabe todavía cómo se produce el color azul en su piel», dice la Dra. Kamska. «Los resultados preliminares demuestran que este mecanismo de coloración es diferente al de la raya, pero al igual que en el caso de la raya, necesitamos probar diferentes combinaciones de herramientas de imagen fina y abordar múltiples disciplinas relacionadas en óptica, materiales y ciencia biológica».

También hay un próximo artículo en Frontiers in Cell and Developmental Biology, titulado «Los filamentos intermedios organizan espacialmente las nanoestructuras intracelulares para producir el azul estructural brillante de las rayas de cola de cinta a lo largo de la ontogenia».