Las nanoestructuras únicas responsables de las manchas azules eléctricas de la raya de cola de cinta permitirán desarrollar una coloración sin productos químicos
La coloración de la piel desempeña un papel clave en la comunicación de los organismos, ya que proporciona pistas visuales vitales que pueden alertar, atraer o camuflar. Las rayas con manchas azules como la raya de cola de cinta (Taeniura lymma) poseen llamativas manchas de color azul eléctrico en la piel, pero los procesos biológicos que las producen eran un misterio hasta ahora.
«Si vemos azul en la naturaleza, casi podemos estar seguros de que se debe a nanoestructuras tisulares, no a pigmentos», afirma Mason Dean, catedrático asociado de Anatomía Comparada de la City University de Hong Kong (CityU). «Entender el color estructural de los animales no sólo tiene que ver con la física óptica, sino también con los materiales implicados, cómo están organizados en el tejido y cómo se ve el color en el entorno del animal. Para unir todas esas piezas, reunimos a un gran equipo de disciplinas de múltiples países, y terminamos con una sorprendente y divertida solución al rompecabezas del color de la raya.»
Los colores estructurales son producidos por estructuras extremadamente pequeñas que manipulan la luz, más que como producto de pigmentos químicos. «Los colores azules son especialmente interesantes porque los pigmentos azules son extremadamente raros, y la naturaleza a menudo utiliza estructuras a nanoescala para producir el azul», dice Viktoriia Kamska, postdoctoranda que estudia los mecanismos de coloración natural en CityU. «Nos interesan especialmente las rayas de cola de cinta porque, a diferencia de la mayoría de los demás colores estructurales, su color azul no cambia al mirarlas desde distintos ángulos».
El equipo de investigación combinó diversas técnicas para comprender la arquitectura de la piel en diferentes condiciones naturales. «Para comprender la arquitectura de la piel a pequeña escala, utilizamos tomografía microcomputarizada (micro-CT), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM)», explica el Dr. Dean.
«Descubrimos que el color azul lo producen células cutáneas únicas, con una disposición estable en 3D de esferas a nanoescala que contienen nanocristales reflectantes (como perlas suspendidas en un té de burbujas)», explica Amar Surapaneni, hasta hace poco postdoctorando en el grupo de Mason Dean y ahora académico visitante en el Trinity College de Dublín. «Como el tamaño de las nanoestructuras y su espaciado 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 singular disposición «cuasi ordenada» de las esferas ayudaba a garantizar que el color se mantuviera invariable con el ángulo de visión. «Y para limpiar cualquier color extraño, una gruesa capa de melanina situada bajo las células productoras de color absorbe todos los demás colores, lo que da como resultado una piel azul extremadamente brillante», explica el Dr. Dean. «Al final, los dos tipos de células son una gran colaboración: las células estructurales del color se centran en el color azul, mientras que las células pigmentarias de melanina suprimen otras longitudes de onda, dando como resultado una piel azul extremadamente brillante».
El equipo cree que es probable que esta fascinante coloración azul proporcione ventajas de camuflaje a las rayas. «En el agua, el azul penetra más profundamente que cualquier otro color, lo que ayuda a los animales a mimetizarse con su entorno», afirma el Dr. Dean. «Las manchas azules brillantes de la piel de las rayas 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 las alas ondulantes».
Entre las aplicaciones que se están estudiando actualmente para esta investigación figuran los materiales coloreados sin pigmentos bioinspirados. «Estamos colaborando con otros investigadores en el desarrollo de sistemas biomiméticos flexibles de colores estructurales inspirados en la naturaleza blanda de la piel de las rayas para obtener colores seguros y sin productos químicos en textiles, pantallas flexibles y sensores», explica Dean.
Además de su trabajo con las rayas, Kamska y su equipo investigan la coloración azul de otras rayas y tiburones, como la tintorera o tiburón azul (Prionace glauca). «A pesar de que el nombre de ‘tiburón azul’ y sus aspectos ecológicos están bien estudiados, nadie sabe aún cómo se produce el color azul en su piel», afirma la Dra. Kamska. «Los resultados preliminares demuestran que este mecanismo de coloración es diferente del 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».
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