Превращение бабочек из личинок в куколок, а затем во взрослых особей — это настоящее чудо природы. Изучая процессы развития, происходящие внутри куколки и превращающие её в бабочку, учёные обнаружили новый поворот в процессе формирования сложной наноструктуры, ответственной за яркие зелёные цвета их крыльев.
Изученная бабочка — изумрудно-пятнистая бабочка-коровница (Parides sesostris)
Бабочка Parides sesostris обитает в неотропиках, в Гамбаре, Панама. Куколки были выращены в Институте тропических исследований Смитсоновского института, и из развивающихся крыльев были извлечены образцы тканей.
Крылья этого вида содержат гироид — пористый наноматериал, основанный на высокосимметричной трёхмерной сети. В чешуйках бабочки-коровницы он действует как фотонный кристалл и создаёт характерную зелёную окраску за счёт механизма структурной интерференции, который не требует химических пигментов.
До сих пор учёные считали, что гироидные структуры имеют гладкую внутреннюю поверхность. Но новое исследование, проведённое учёными из Университета Мердока, Университета Западной Австралии и их международными коллегами, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что чешуйки крыльев развиваются как структура, сотканная из волокон — подобно косе или верёвке, что опровергает общепринятое мнение об их гладкости.
Доктор Энни Джессоп, ведущий автор исследования, сказала, что полученные данные указывают на дополнительный этап развития во время роста чешуек крыльев, который ранее не наблюдался.
«То, что мы обнаружили, — это то, что гироид в развивающихся чешуйках совсем не гладкий, он выглядит как коса или верёвка. Такой маленький, что его можно увидеть только в электронный микроскоп», — сказала она.
«Но когда бабочка полностью развита, плетение уже не видно, и структура кажется гладкой. Как это происходит — это следующий кусочек головоломки, который нам нужно решить».
Доцент Пета Клод из Центра микроскопии, характеризации и анализа Университета Западной Австралии сказала, что открытие промежуточного этапа во время формирования чешуек крыльев изменило парадигму того, как сложные сетевые структуры формируются у бабочек и насекомых.
«До сих пор неясно, как высокоупорядоченные структуры, подобные этим, быстро развиваются внутри клетки и в конечном итоге формируют сложные чешуйки крыльев», — сказала она. «Мы надеемся пролить больше света на это в нашей будущей работе, используя новые и междисциплинарные подходы к визуализации и анализу».
Доктор Джессоп сказала, что помимо выдающейся способности вида бабочек формировать сложные наноформы, исследование имеет широкое значение из-за повсеместного распространения гироидной структуры в природе.
«Структуры, подобные гироиду, широко распространены в сложных внутриклеточных мембранах и других тканевых структурах во всех царствах жизни. Однако мы до конца не понимаем их формирование и функцию», — сказала она. «Что нас сдерживает, так это сложность изучения этих структур in vivo. Создание бабочки Parides в качестве модельной системы помогает нам лучше понять, как природа использует гироидные структуры».
Профессор Герд Шрёдер-Тюрк из Школы математики, статистики, химии и физики Университета Мердока сказал, что демонстрация того, что плетение волокон в гироид не только теоретически возможно, но и является реальностью в функциональной ткани, вероятно, вдохновит новые исследования в биологических, синтетических и биоинспирированных системах материалов.
«Изобретательность природы в создании удивительных форм бесконечна. Всякий раз, когда мы думаем, что понимаем её пути, она раскрывает ещё одну прекрасную тайну», — сказал он. «В природе так много всего, что может вдохновить на создание функциональных наноматериалов. Основой для такого перевода знаний является понимание того, почему и как природа использует эти наноструктуры. Мы пытаемся сделать именно это».
Предоставлено: [Университет Мердока](https://phys.org/partners/murdoch-university/)