Premessa: questo articolo è preso dal mio nuovo blog di divulgazione scientifica Parliamo di Scienza. Enjoy! 🙂
Tutti noi amiamo gli sgargianti colori delle ali delle farfalle, tra i più puri e luminosi di quelli che si trovano in natura.
Ma perchè le farfalle sono così colorate e soprattutto cos’ha di speciale il loro colore?
I motivi del colore
Il fatto che degli animali, potenziali prede, assumano colorazioni che possano rendere difficile mimetizzarsi con l’ambiente, è controintuitivo. I motivi principali della colorazione sono due: comunicazione tra individui e confusione/allontanamento dei predatori.
La comunicazione è un punto solitamente trascurato ma importante, perchè le farfalle vivono in ambienti ricchi di fiori e altri insetti, quindi hanno bisogno di distinguersi tramite dei pattern riconoscibili ed essere visti dagli altri esemplari della propria specie. Non dimentichiamo che le farfalle hanno un’aspettativa di vita tra pochi giorni e qualche settimana, quindi hanno bisogno di un metodo efficiente per riconoscersi prima che sia troppo tardi.
La confusione di un predatore avviene grazie alle complicate decorazioni che possono trarre in inganno l’occhio di un animale, ad esempio le famose decorazioni a forma di occhio. I colori sgargianti inoltre rendono sospettosi eventuali predatori perchè sono spesso associati a velenosità (vera o presunta) e pertanto rendono la farfalla poco appetibile. Non c’è comunque da preoccuparsi: nessuna farfalla è sufficientemente velenosa (nel caso lo sia affatto) da mettere in pericolo un essere umano che (per qualche oscuro motivo) la mangi.
Una farfalla “occhio di gufo”
L’origine fisica del colore
Le ali delle farfalle hanno una colorazione estremamente cangiante, per molti versi letteralmente brillante, un fenomeno tanto potente quanto raro da osservare in natura.
Questo perchè la natura del colore nelle ali delle farfalle non è chimica, ma fisica. Per colore chimico si intende una tonalità generata da un pigmento, che assorbe la luce bianca e diffonde una particolare lunghezza d’onda. Questo è il fenomeno fisico alla base del colore dei nostri capelli e dei petali dei fiori, ad esempio. Per quanto queste colorazioni possano essere luminose e attraenti, non riescono comunque a generare quell’effetto “brillante” tipico delle ali delle farfalle, che hanno un meccanismo tanto complesso quanto immediato per generare tali colori.
Se osserviamo le ali delle farfalle al microscopio, vedremo che sono ricoperte di minuscole scaglie, della dimensione di una frazione di millimetro, più sottili dei capelli umani. Queste scaglie sono ricoperte a loro volta di strutture delle dimensioni di nanometri, disposte secondo un ordine regolare che interagiscono con la luce secondo un fenomeno chiamato diffrazione.
Queste nanostrutture ordinate sulla superficie delle ali vengono chiamate cristallo fotonico: cristallo perchè sono ordinate e regolari, fotonico perchè interagisce cone la luce.
In pratica, le ali delle farfalle non sono affatto colorate di per sè, ovvero possono non contenere alcun pigmento (o magari un solo pigmento, spesso nero), ma generano comunque colori grazie alle loro uniche proprietà fisiche!
Serie di immagini a ingrandimento progressivo: le ali della farfalla sono costituite da scaglie, le quali sono nanostrutturate, generando cristalli fotonici che danno origine al colore. Fonte: www.asknature.org
Parte dei colori contenuti nella luce bianca quindi scompaiono e ne sopravvivono solo alcuni, generalmente uno solo. Fin qui il risultato sembra simile a quello del colore chimico, ma la fondamentale differenza è che in questo caso l’energia dei colori scomparsi viene trasferita nel colore sopravvissuto.
Per questo il colore dell’ala di una farfalla è così cangiante: grazie al fenomeno della diffrazione, tutta l’energia della luce bianca viene concentrata in un unico colore, che risulta quindi molto più intenso e brillante di quanto un pigmento chimico possa ottenere.
Schema del fenomeno di diffrazione: il cristallo fotonico sulla superficie delle scaglie dell’ala della farfalla raccoglie la luce bianca e la diffrange in luce blu, raggiungendo il nostro occhio. Fonte: www.asknature.org
Questo fenomeno è lo stesso che possiamo osservare in un CD o DVD: la loro traccia è infatti composta da un gran numero di nanostrutture disposte in maniera ordinata, il che dà origine in questo caso ad un arcobaleno.
Un CD posto sotto la luce e osservato a un certo angolo. La forma dell’arcobaleno cambia a seconda dell’angolo a cui lo si osserva.
Un’ulteriore caratteristica è che il cristallo fotonico effettua la diffrazione in maniera più intensa ad alcune angolazioni: per questo le ali delle farfalle sono più o meno brillanti a seconda di come le si guarda, fino ad arrivare ad angolazioni in cui il fenomeno è massimo, un fatto che indubbiamente aumenta il loro fascino.
Le ali delle farfalle sono talmente uniche ed efficaci che la ricerca scientifica si sta ispirando a loro per strutture innovative capaci di manipolare accuratamente la luce, con applicazioni nell’illuminazione, nelle energie rinnovabili, nella sensoristica e nello storage di dati.
Confronto tra il cristallo fotonico di una farfalla Morfo Blu e un cristallo fotonico artificiale con simili caratteristiche, capace di effettuare diffrazione nel blu o nel rosso a seconda della struttura. Fonte: Nature Communications
Ora che sappiamo così tanto sulle farfalle, è ora di godersi un video sulla bellezza delle meravigliose farfalle Morfo Blu, sicuramente uno tra gli animali più cangianti in natura!