Irén, Írisz
6 °C
15 °C

A lepkék szárnyát nem is festékanyag, hanem csipkés nanoszerkezet színezi

1200px-Polyommatus icarus-06 (xndr)
2019.03.02. 20:43
A boglárkalepkék jellegzetes kék színe általában nem festékanyagok miatt alakul ki, hanem a szárny fedőpikkelyeiben lévő nanoszerkezetek optikai tulajdonságai révén. Az MTA Energiatudományi Kutatóközpont és a Magyar Természettudományi Múzeum kutatóinak közös tanulmányából kiderül, hogy e nanoszerkezetek elemzésével még a lepke származási helye is felderíthető.

Biró László Péter és munkatársai a Magyar Tudományos Akadémia Energiatudományi Kutatóközpont nanoszerkezetek osztályán nem tegnap, hanem 17 évvel ezelőtt kezdtek lepkékkel foglalkozni. Abban az időben a kutató leginkább szén nanoszerkezetekkel dolgozott, és e kutatás miatt működött együtt belga kollégáival. Egyszer az egyik kinti kutató asztalán látott egy hatalmas, Dél-Amerikából származó kék Morpho rhetenor lepkét, és nem tudta mire vélni, hogy egy elméleti fizikus mit csinálhat ezzel a rovarral.

Számolom a színét

– felelte a kutató Biró Lászlónak, majd elmagyarázta neki, hogy a lepkék bizonyos szárnyszíneit nanoszerkezetek hozzák létre, amelyek képesek manipulálni a fény terjedését. A magyar kutató erre rögtön szét akarta vágni a lepkét, hogy a mikroszkóp alatt is megvizsgálhassák, hogy valóban ott vannak-e a pikkelyeiben azok a kitinből felépülő nanoszerkezetek, amelyeket az elméleti számítások alapján várnának. De az a lepke olyan nagy és szép volt, hogy a belga tudósnak nem volt szíve feláldozni, így inkább hozott másnap egy Európában sokkal közönségesebb (és kisebb), de ugyancsak kék boglárkát. Ebből a tapasztalatból Biró László csakhamar rájött, hogy hatalmas jelentősége lenne, ha létezne egy olyan módszer, amelynek segítségével roncsolás nélkül is vizsgálhatnák a lepkék színeit, hiszen

a legértékesebb példányokat tulajdonosaik nem szívesen adják oda a szikével felszerelkezett fizikusoknak.

Az elkövetkező években Biró László és munkatársai egyre jobban beleásták magukat a lepkék színeinek rejtelmeibe, és felfedezték, hogy sok esetben ott is szerkezeti (tehát nanoszerkezet-alapú) színekről van szó, ahol mindeddig azt gondolták, hogy egyszerű festékanyagok alakítják ki a rajzolatot. Úgy mondják, hogy a pikkelyeket nanocsipkék díszítik.

A téma hazatérése után sem hagyta nyugodni Biró Lászlót, így együttműködést kezdett a Magyar Természettudományi Múzeum (MTM) lepkegyűjteményének munkatársaival, főképpen Bálint Zsolt kurátorral – olvasható az MTA honlapján megjelent írásban.

A múzeum 1,7 millió lepkét őriz a világ minden tájáról. Vannak közöttük százéves darabok is, így a gyűjtemény valóságos kincs a lepkék földrajzi és időbeli változatosságát kutatók számára

– mondta Biró László az Indexnek.

Különböző színű boglárkák eltérő pikkely-nanoszerkezetei
Különböző színű boglárkák eltérő pikkely-nanoszerkezetei
Fotó: Bálint et al. 2012

Az első, 2003-ban megjelent tanulmányukban azt mutatták ki, hogy két boglárka testvérfaj (tehát közös őssel rendelkező fajok), amelyek egyike Európában, a másik pedig a 2500 méter magas iraki hegyekben él, miért eltérő színű. Az európai faj hímje kék, az iraki viszont barna. A kutatók kimutatták, hogy ennek a különbségnek vélhetően a hőszabályozás az oka. A magas hegységben élő fajnak jobban magába kell gyűjtenie a nap melengető sugarait, így az evolúciós múltban feláldozta a párválasztásban fontos kék színt, hogy a barna színezet miatt másfélszer jobban felmelegedhessen azonos mértékű megvilágítás hatására. Ennek ellenére kiderült, hogy a barna szárnyú faj pikkelyein is megtalálhatók a kék fajra jellemző nanoszerkezetek nyomai.

A kutatás legutóbbi eredményei a Nature-höz tartozó Scientific Reports folyóiratban jelentek meg, és a laikusoknak talán az a legnagyobb tanulságuk, hogy a magyar kutatók által kifejlesztett vizsgálati módszer segítségével nem kell tönkretenni a lepkék szárnyát. Sőt, mivel a sok évtizedes múzeumi példányok ugyanolyan jól használhatók a kutatáshoz, új pillangók befogását, leölését sem igénylik a mérések. Hogy ez mekkora előrelépés, arról egy másfél évtizede szerzett tapasztalata győzte meg Biró Lászlót.

"Volt egy európai uniós kutatási projektünk több külföldi partnerrel. Ennek keretében kértünk egy lepkét a Londoni Természettudományi Múzeumból. Ők csak úgy voltak hajlandók adni, ha 20 oldalnyi dokumentációt töltöttünk ki arról, hogy ha ennek a kutatásnak valaha lesz tudományos vagy üzleti hasznosulása, akkor abba kötelezően bevesszük a múzeumot is."

A külföldi múzeumok tehát ma már tudatában vannak, hogy mekkora értéket őriznek, és ennek megfelelően nagyon megnézik, hogy kinek és milyen célra biztosítanak kutatási anyagot

– mondta Biró.

A módszerük nagy pontossággal képes mérni a lepke szárnyának fényvisszaverését, és ehhez nem kell mást csinálni a mintával, mint egy ahhoz hasonló szerkezetbe illeszteni a feltűzött múzeumi példányt, mint amelyet a rovarpreparátorok egyébként is használnak, amikor kifeszítik a szárnyait, és gombostűre szúrva elhelyezik a múzeumi tárolóban. A lepkegyűjteményekben természetellenesen laposan áll a lepkék szárnya, hogy a rajzolata tökéletesen látható legyen. Ezt az úgynevezett feszítődeszkával érik el, és Biró Lászlóék is ehhez hasonló eszközt terveztek, amelyen száloptikás spektrométer-szenzorokat helyeztek el. A lepkét beteszik a műszerbe, megmérik a fényvisszaverését, és sértetlenül mehet is vissza a fiókba.

Az összehasonlított két európai (narancs és lila), illetve két ázsiai (zöld és kék) populáció gyűjtési helyei
Az összehasonlított két európai (narancs és lila), illetve két ázsiai (zöld és kék) populáció gyűjtési helyei
Fotó: Kertész et al. 2019

A mostani kutatásban több mint háromszáz boglárkát vizsgáltak, amelyek fogási helyszíne Angliától Szicíliáig, Skandináviától Dél-Koreáig terjedt. A mintán belül két-két európai és ázsiai élőhelyről származó boglárkák esetében összehasonlították szárnyaik szerkezeti színeit. A sok pillangó befogási időpontja között több évtizedes különbségek is voltak, így rendkívül fontos volt ellenőrizni, hogy változik-e a szárnyak színe a tárolóban való állás alatt. Nos, úgy találták, hogy nem,

a friss hímek szárnyai gyakorlatilag ugyanolyan kékek voltak, mint a száz évvel öregebb társaiké.

Az eredmények azt mutatták, hogy az európai Ikarus boglárkák színe egyértelműen eltér az ázsiai fajtársaik szárnyainak színeitől, de a kontinenseken belül szinte nincs különbség a hímek kéksége között. Szabad szemmel e földrészek közötti eltérés gyakorlatilag nem látszik, hiszen mindössze 20 nanométer különbség van az európai és az ázsiai lepkék szárnyai által visszavert fény hullámhosszmaximuma között. Minthogy a két populáció szinte nem keveredik egymással (egyes törökországi területek kivételével), ezért feltételezhető, hogy az európai és az ázsiai Ikarusz boglárkák elindultak a fajszétválás útján.

A színkülönbség oka a legutóbbi jégkorszakokra vezethető vissza. Amikor az északi területeken nagy eljegesedés lett úrra, ezek a pillangók Európában csak a Földközi-tenger európai partjai mentén élhettek túl néhány menedékhelyen. Valószínűleg hasonló forgatókönyv játszódott le Ázsiában is. Itt csak kevés boglárka vészelte át a jégkorszakot, amelyek génjei a véletlen folytán némileg eltérő színt kialakító nanoszerkezeteket kódoltak. Amikor visszahúzódott az eljegesedés, és a lepkék újra elterjedhettek, e genetikai különbségek meghatározóvá váltak a teljes népességben is.

A kutatócsoport hosszú távú célja, hogy megértsék a színeket meghatározó nanoszerkezetek létrejöttét.

Azt már ma is tudjuk ezekről, hogy a lepkék génjei olyan fehérjéket kódolnak, amelyek önszerveződési mechanizmus révén maguktól olyan nanoszerkezetekké formálódnak, amelyek a kívánt színt hozzák létre. Ha megértenénk ezek létrejöttét, később lehetőségünk lenne tetszés szerinti fizikai színt kialakítani képes nanoléptékű struktúrákat alkotni, akár biotechnológiai módszerekkel, genetikai módosítás révén is.

(Borítókép: közönséges vagy Ikarus-boglárka. Fotó: Wikipedia.)

Köszönjük, hogy olvasol minket!

Ha fontos számodra a független sajtó fennmaradása, támogasd az Indexet!