Aktinforskning viser, hvordan sommerfuglevinger får deres livlige farver

Hemmeligheden bag, hvordan sommerfuglevinger får deres livlige farver, er blevet afsløret i en ny undersøgelse. Ved hjælp af banebrydende superopløsningsmikroskopi har forskere fra University of Sheffield og Central Laser Facility været i stand til at undersøge udviklingsstadierne for sommerfugle skæl og spore deres dannelse fra larve til sommerfugl.

Den nye undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , afslører, at actin – et protein i sommerfuglens skæl – orkestrerer det indviklede arrangement af de farverige strukturer.

Når de sammenlignede farverige skalaer med kedelige, bemærkede Sheffield-forskere, at de farverige havde meget tættere aktinbundter, hvilket skabte mere reflekterende kanter.

Ved hjælp af kraftfulde mikroskoper så forskerne, hvordan aktin skiftede under skælvækst og farvedannelse, hvilket demonstrerede, hvordan aktin er afgørende for at skabe sommerfuglefarver og sandsynligvis er en universel proces blandt alle sommerfugle.

Disse strukturelle farver kan overleve barske miljøer, såsom stærkt, direkte sollys, da der ikke er nogen pigmenter, der kan blive bleget eller beskadiget.

Ved at undersøge mekanismerne bag sommerfuglevingefarvning håber forskerne at få indsigt i bredere områder af cellestrukturdannelse, herunder potentielle anvendelser inden for sansning og diagnostik, der kan være vigtige for en lang række teknologier, herunder medicin.

Studiet skaber også muligheder for udvikling af innovative teknologier inspireret af naturens egne frembringelser.

Strukturelle farvebaserede teknologier, der efterligner sommerfuglevægtens reflekterende egenskaber, lover lovende inden for områder som sensorer og medicinsk diagnostik og tilbyder hurtige og responsive løsninger uden for traditionelle laboratoriebaserede tilgange.

Dr. Andrew Parnell, fra University of Sheffield's Department of Physics and Astronomy, og hovedforfatter af undersøgelsen sagde:"Actin er som en dressmaker, der lægger og fastgør arrangementet af disse strukturer for at forme de levende farver. Når først actinet har færdig med sit arbejde, forlader den cellen ligesom fjernelsen af ​​stifter i kjolesyeriet.

"Nanostrukturer i sommerfugleskala er en kraftfuld måde at lave langtidsholdbare lyse farver, der ikke falmer eller bliver blegede af solens ultraviolette (UV) stråler. Verdens museer indeholder direkte beviser på dette.

"Vi er nødt til at gå over til naturinspirerede måder at lave så lyse farver på. Dette ville være i større skala som nye former for bæredygtige malinger og belægninger."

Dr. Nicola Nadeau, fra University of Sheffield's School of Biosciences, og medforfatter af papiret sagde:"Jeg finder det fascinerende, at sommerfugle under metamorfose er i stand til at producere disse utroligt komplicerede strukturer, der er så indviklet mønstrede.

"At forstå, hvordan de gør det, og hvordan det styres af maskineriet i cellen, har givet os ny indsigt i, hvordan biologiske strukturer dannes mere generelt, og hvordan vi kan gå om at replikere disse processer."

Dr. Esther Garcia, fra STFC Central Laser Facility, sagde:"Som mikroskopist har det været utroligt spændende at være en del af dette projekt, vi har visualiseret sommerfugleskalaer med et hidtil uset detaljeringsniveau.

"Denne forskning giver ikke kun ny information om de små dele af disse celler, men udgør også et værktøj for andre videnskabsmænd, der er interesseret i at studere lignende strukturer i andre organismer."

Dr. Victoria Lloyd, forskningsassistent fra University of Sheffield's School of Biosciences og førsteforfatter af papiret, sagde:"At vise, at forstyrrelse af aktin fjerner farven var nøglen. Det understreger den dynamiske og uundværlige rolle, som aktin spiller i at producere de levende farver, der findes. i sommerfugleskæl."

Flere oplysninger: Victoria J. Lloyd et al., Actincytoskelettet spiller flere roller i strukturel farvedannelse i sommerfuglevingeskæl, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48060-3

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af University of Sheffield