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26-03-2016

Posted by in Biologia, Fisica, Prima Pagina | 3 Comments

Le ali della far­falla: l’origine del col­ore

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.

Farfalla occhio di gufoUna 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!

farfalla nanostruttureSerie 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, sec­ondo il fenom­eno dell’interferenza.
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.

farfalla_diffrazione2Schema 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.

cd arcobalenoUn 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.

farfalla ricercaCon­fronto 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!

 

  • Arle­quin

    … tutta l’energia della luce bianca viene con­cen­trata in un unico col­ore…”
    cioè la luce rif­lessa cam­bia le sue carat­ter­is­tiche? il giallo ed il rosso diven­tano blu?

  • http://movimentocaproni.altervista.org/blog/ Pal­la­corda

    Questa è una mia rem­i­nis­cenza di un esper­i­mento con l’interferometro e non sono com­ple­ta­mente sicuro sia vero.
    Il punto è che i vari col­ori fanno inter­ferenza tra loro e molto fanno inter­ferenza dis­trut­tiva, una fa inter­ferenza costrut­tiva.
    Però l’energia dell’interferenza dis­trut­tiva dove va?

    Ecco, non ne sono sicuro… credo di ricor­dare che l’energia viene trasferita al col­ore che soprav­vive, in parte, men­tre in parte viene persa.

    Sec­ondo wikipedia, guardando la voce inter­ferenza, si dice
    “Questa ridis­tribuzione dell’intensità rispetta il prin­ci­pio di con­ser­vazione dell’energia, nel senso che la potenza inci­dente sulla las­tra coin­cide esat­ta­mente con quella che tran­sita attra­verso le due fendi­ture.”

    Quindi credo di sì…

  • http://movimentocaproni.altervista.org/blog/ Pal­la­corda

    Sostanzial­mente quello che credo accada è che le strut­ture nano­met­riche sono degli oscil­la­tori, che oscil­lano a una fre­quenza carat­ter­is­tica. L’energia che non viene persa viene trasferita a questa fre­quenza e l’oscillazione gen­era la radi­azione elet­tro­mag­net­ica.

    In realtà la spie­gazione det­tagli­ata è ancora più com­p­lessa 😛