Wetenschap
Actine-onderzoek laat zien hoe vlindervleugels hun levendige kleuren krijgen
Het geheim van hoe vlindervleugels hun levendige kleuren krijgen, is onthuld in een nieuw onderzoek. Met behulp van geavanceerde superresolutiemicroscopie hebben onderzoekers van de Universiteit van Sheffield en de Central Laser Facility de ontwikkelingsstadia van vlinderschubben kunnen onderzoeken, waarbij ze hun vorming van rups tot vlinder konden volgen.
De nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications , onthult dat actine, een eiwit in vlinderschubben, de ingewikkelde rangschikking van de kleurrijke structuren orkestreert.
Bij het vergelijken van kleurrijke schubben met doffe schubben merkten wetenschappers uit Sheffield dat de kleurrijke schubben veel dichtere actinebundels hadden, waardoor er meer reflecterende randen ontstonden.
Met behulp van krachtige microscopen keken de onderzoekers hoe actine verschoof tijdens de schubgroei en kleurvorming, wat aantoont hoe actine cruciaal is voor het creëren van vlinderkleuren, en waarschijnlijk een universeel proces is onder alle vlinders.
Deze structurele kleuren zijn bestand tegen zware omstandigheden, zoals sterk, direct zonlicht, omdat er geen pigmenten zijn die kunnen worden gebleekt of beschadigd.
Door de mechanismen achter de kleuring van vlindervleugels te onderzoeken hopen onderzoekers inzicht te krijgen in bredere gebieden van celstructuurvorming, inclusief mogelijke toepassingen in detectie en diagnostiek die belangrijk kunnen zijn voor een hele reeks technologieën, waaronder de geneeskunde.
Het onderzoek creëert ook kansen voor de ontwikkeling van innovatieve technologieën, geïnspireerd door creaties van de natuur zelf.
Structurele, op kleur gebaseerde technologieën, die de reflecterende eigenschappen van vlinderschubben nabootsen, zijn veelbelovend op gebieden als sensoren en medische diagnostiek en bieden snelle en responsieve oplossingen buiten de traditionele laboratoriumgebaseerde benaderingen.
Dr. Andrew Parnell, van de afdeling natuurkunde en astronomie van de Universiteit van Sheffield, en hoofdauteur van de studie, zei:“Actine is als een naaister, die de rangschikking van deze structuren uitzet en vastzet om de levendige kleuren vorm te geven. Als hij klaar is met zijn werk, verlaat hij de cel zoals het verwijderen van spelden bij het naaien.
"Nanostructuren op vlinderschaal zijn een krachtige manier om langdurige heldere kleuren te maken die niet vervagen of gebleekt worden door de ultraviolette (UV) stralen van de zon. De musea van de wereld bevatten hier direct bewijs van.
"We moeten overstappen op op de natuur geïnspireerde manieren om zulke felle kleuren te maken. Dit zou op grotere schaal gebeuren als er nieuwe soorten duurzame verven en coatings komen."
Dr. Nicola Nadeau, van de School of Biosciences van de Universiteit van Sheffield, en co-auteur van het artikel, zei:"Ik vind het fascinerend dat vlinders tijdens de metamorfose in staat zijn deze ongelooflijk gecompliceerde structuren te produceren met zo ingewikkelde patronen.
"Inzicht in hoe ze dat doen en hoe het wordt gecontroleerd door de machinerie in de cel heeft ons nieuwe inzichten gegeven in hoe biologische structuren in het algemeen worden gevormd en hoe we die processen zouden kunnen repliceren."
Dr. Esther Garcia, van STFC Central Laser Facility, zei:"Als microscopist was het ongelooflijk spannend om deel uit te maken van dit project; we hebben vlinderschubben gevisualiseerd met een ongekend detailniveau.
"Dit onderzoek levert niet alleen nieuwe informatie op over de kleine delen van deze cellen, maar vormt ook een hulpmiddel voor andere wetenschappers die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van vergelijkbare structuren in andere organismen."
Dr. Victoria Lloyd, onderzoeksmedewerker van de School of Biosciences van de Universiteit van Sheffield en eerste auteur van het artikel, zei:"Toonnen dat het verstoren van actine de kleur verwijdert, was van cruciaal belang. Het onderstreept de dynamische en onmisbare rol die actine speelt bij het produceren van de levendige kleuren die worden aangetroffen in vlinderschubben."