No estamos en un arrecife de coral frente a una anémona de mar, sino frente a las escamas muy ampliadas de un escarabajo, Tmesisternus rafaelae, un escarabajo de cuernos largos que vive en Indonesia. Este insecto ha sido estudiado por sus notables cambios de color bajo el efecto de la humedad (Humedad es la presencia de agua o vapor de agua en el aire o en una sustancia…). Sus hermosos colores amarillo dorado, ligeramente iridiscentes, son creados dentro de las escamas por una estructura de interferencia.
El escarabajo de cuernos largos Tmesisternus rafaelae, de la familia Cerambicidae (Coleoptera), de la isla indonesia de Célebes.
Sergio Berthier. Instituto de Nanociencias de París, proporcionado por el autor
El fenómeno de la «higrocromía», el cambio de color bajo la influencia de un fluido, es relativamente común en los insectos y siempre indica la presencia de una estructura fotónica abierta en la que puede penetrar agua o un fluido fisiológico y cambiar sus propiedades ópticas.
Otro fenómeno luminoso acaba de ser observado en el Institut des NanoSciences de Paris (CNRS – Universidad de la Sorbona), que también contribuye al color del insecto: la fluorescencia (La fluorescencia es una emisión de luz provocada por la excitación de una molécula…) guiada . Las escamas contienen fluoróforos, aún no identificados, que bajo irradiación (En física nuclear, irradiación designa la acción de exponer (voluntaria o…) UV, emiten en el azul-verde. La estructura fotónica interna de las escamas guía esta luz ( La luz son todas las ondas electromagnéticas visibles al ojo…) emitidas hacia la punta por donde puede escapar, añadiendo durante el día un nuevo componente coloreado al insecto. Tales estructuras podrían tener interesantes aplicaciones para células fotovoltaicas o para cosmética (A cosmético es una sustancia o una mezcla destinada a ser puesta en…).
¿Cómo se protegen los organismos vivos del sol?
Como cualquier organismo vivo, los insectos deben protegerse de la radiación ultravioleta del sol. Hay muchas maneras de lograr esto. Muchos, como la mayoría de los mamíferos, incluidos nosotros mismos, pero también muchos otros animales, e incluso ciertas plantas, sintetizan melanina, un pigmento que varía del amarillo al negro según la concentración, y que tiene su pico de absorción (en óptica, absorción se refiere a el proceso por el cual la energía de un fotón es absorbida…) en el ultravioleta (la radiación ultravioleta (UV) es radiación electromagnética de una longitud…). La radiación es absorbida y su energía (En sentido común, energía designa todo lo que permite trabajar, fabricar, etc.) convertida en calor.
Vista bajo un microscopio óptico digital de las escamas del escarabajo de cuernos largos Tmesisternus rafaelae bajo luz ultravioleta.
© Serge Berthier. Instituto de Nanociencias de París, proporcionado por el autor
Otros organismos, como algunas hormigas y mariposas, reflejan el ultravioleta, una estrategia más rara. Para ello han desarrollado estructuras fotónicas especiales como «espejos de interferencia» o estructuras prismáticas.
Finalmente, la tercera vía es convertir esta radiación dañina en radiación inofensiva, incluso beneficiosa: esto es la fluorescencia. Esta transformación la llevan a cabo moléculas llamadas fluoróforos.
En el caso del escarabajo Tmesisternus rafaelae que aquí nos interesa, los fluoróforos se encuentran dispersos dentro de las escamas que recubren al insecto. En ausencia de melanina, la radiación UV penetra fácilmente en las escamas y luego se convierte en radiación visible. Generalmente, gran parte de esta luz vuelve a atravesar la pared de la estructura, modificando así el color percibido. Pero aquí, una estructura fotónica, un apilamiento regular de capas de quitina, el material (Un material es un material de origen natural o artificial que el hombre da forma…) constituyendo las conchas de los insectos, de todos los artrópodos en general, alternando con compuestos capas de quitina y aire, impide que salga lateralmente y la guía hacia el extremo de la escama, la punta, por donde finalmente puede escapar. Esto es lo que observamos en esta imagen tomada con un microscopio óptico digital.
Dicho dispositivo podría instalarse en paneles solares fotovoltaicos. Los fluoróforos desempeñarían el papel de «convertidores descendentes» al convertir la radiación muy energética (UV) en radiación menos energética (visible), como en el caso de Tmesisternus rafaelae, mejor absorbida por las células solares fotovoltaicas. Entonces la estructura fotónica guiaría esta luz hacia la zona de la celda donde se produce la transformación de la luz en electricidad (La electricidad es un fenómeno físico debido a las diferentes cargas eléctricas del…). Este tipo de estrategia se denomina «biomimética» y se explora en una exposición permanente en la Ciudad de la Ciencia y la Industria.
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