Afgezet tegen een stuk zwart bouwpapier, de vleugels van de mannelijke runderhartvlinder zien er nog zwarter uit dan zwart.

"Sommige dieren hebben zwart tot het uiterste genomen, " zei Alex Davis, een afgestudeerde student in het lab van Duke University-bioloog Sönke Johnsen.

De vlinders die ze bestuderen zijn 10 tot 100 keer donkerder dan houtskool, vers asfalt, zwart fluweel en andere alledaagse zwarte voorwerpen. Slechts 0,06% van het licht dat erop valt, wordt teruggekaatst naar het oog. Dat benadert de zwartste zwarte coatings die door mensen zijn gemaakt om zonnepanelen te helpen meer energie van de zon te absorberen, of die lijntelescopen om strooilicht te verminderen.

Toch bereiken ze dit lichtvangende effect met behulp van vleugelschubben die slechts enkele micron diep zijn, slechts een fractie zo dik als de zwartste synthetische coatings.

In een onderzoek in het tijdschrift van 10 maart: Natuurcommunicatie , Duke-onderzoekers melden dat ultrazwarte vlinders uit verschillende regio's van de wereld lijken te zijn samengekomen in dezelfde truc. Het geheim om zwart zo donker en licht te maken, ze zeggen, is geen overschot aan melanine - het pigment dat verantwoordelijk is voor de veren van een kraai of de vacht van een zwarte kat. Het is een optische illusie die wordt gecreëerd door de 3D-structuur van de vleugelschubben van de vlinders.

Licht gaat in hun schalen, maar er komt maar weinig van terug.

In de studie, Davis, Johnsen en Duke professor Fred Nijhout gebruikten hoge resolutie scanning elektronenmicroscopie en computersimulaties om de microscopische structuren op de vleugels van 10 soorten ultrazwarte vlinders en vier gewone zwarte of donkerbruine vlinders uit Midden- en Zuid-Amerika en Azië te onderzoeken.

Vlindervleugels kunnen er met het blote oog glad uitzien. Van dichtbij is het een ander verhaal. Duizenden keren vergroot, vlindervleugels zijn bedekt met schubben met een gaasachtig oppervlak van richels en gaten die licht naar het sponsachtige interieur van de schaal leiden. Daar, pilaarachtige bundels weefsel verstrooien licht totdat het wordt geabsorbeerd.

Tot voor kort, de verklaring voor de ongelooflijke lichtabsorberende eigenschappen van sommige zwarte vlinders was dat het te wijten was aan een honingraatachtig patroon in de kleine gaatjes op het oppervlak van de schubben.

Maar de nieuwe studie suggereert "dat maakt niet uit, " zei Johnsen. Kijkend naar vlinders uit vier subfamilies - het grootste aantal ultrazwarte vlinders dat tot nu toe is onderzocht - ontdekte het team dat andere ultrazwarte vlinders vergelijkbare hoeveelheden licht opzuigen met behulp van gaten met verschillende vormen en maten , van honingraten en rechthoeken tot een chevronpatroon.

Het blijkt dat de belangrijkste verschillen tussen ultrazwarte en gewone zwarte schubben elders liggen. Toen ze onder een elektronenmicroscoop naar de vleugels van de vlinders keken, ze ontdekten dat zowel ultrazwarte als gewone zwarte schubben parallelle richels op hun oppervlak en pilaren binnenin hebben. Maar de richels en pilaren zijn dieper en dikker in ultrazwarte schalen in vergelijking met "normale" zwarte schalen.

Toen het team verschillende vleugelschalen nabootste in computersimulaties, schalen zonder het geribbelde oppervlak of de binnenpilaren reflecteerden tot 16 keer meer licht. Dat zou hetzelfde zijn als van ultrazwart naar donkerbruin gaan, zei Davis.

Deze 3D-architectuur is zo goed in het slikken van licht dat de ultrazwarte schubben er nog steeds zwart uitzagen, zelfs als ze bedekt waren met goud.

"Je kunt ze bijna niet glanzend maken, ' zei Davy.

Soortgelijke diepzwarten zijn bij andere dieren opgedoken, zoals pauwspinnen en paradijsvogels, waarvan bekend is dat ze slechts 0,05% van het zichtbare licht reflecteren.

Geen van deze natuurlijke schoonheden is zo donker als de zwartste synthetische zwarten ooit, die meer dan 99,99% van het invallende licht absorberen met behulp van dicht opeengepakte "bossen" van koolstofnanobuisjes van ongeveer 10 tot 50 micron hoog. Maar wat vlinders interessant maakt, zeggen de onderzoekers, kunnen ze wedijveren met de beste lichtvangende nanotechnologie, met behulp van structuren die slechts een fractie zo dik zijn.

uiteindelijk, de bevindingen kunnen ingenieurs helpen om dunnere ultrazwarte coatings te ontwerpen die strooilicht verminderen zonder de zaken te verzwaren, for applications ranging from military camouflage—for stealth aircraft that can't be seen at night or detected by radar—to lining space telescopes aimed at faint, distant stars.

Why ultra-black coloration has popped up again and again across the butterfly family tree is still unclear, Johnsen said.

The blackness on the wings of many male butterflies is darker than it is on their female counterparts, so one theory is it helps them show off to potential mates. The black regions always border white, colored, or iridescent patches, so the idea is they might work like a dark picture frame to make the brighter blotches pop.

"Artists have known for a long time that the same color can look very different on different backgrounds, " Johnsen said.

The next step, Davis said, is to figure out how many times butterflies have evolved ultra-black wings, and determine whether those species have anything in common that might help explain what favored the change.

"Why be so black?" Davis said. "We think it's likely some sort of signal to mates or maybe a predator. But there's a host of other possibilities, and we're hoping to clear that up."