Nel suo Shady Oak Butterfly Farm Edith Smith alleva in modo selettivo farfalle. Si occupa anche della specie molto comune, la Junionia coenia, ma c’è qualcosa di speciale nei suoi esemplari: sono molto più belli, più blu e più iridescenti di quelli tradizionali che sono per lo più di color marrone. Le ragioni sono apparentemente misteriose ma per comprenderle si sono attivati la giovane laureata Rachel Thayer e un team dell’Università della California, Berkeley.
Thayer ha constatato che le farfalle possono facilmente cambiare il colore delle loro ali nel giro di poche generazioni e ha anche scoperto che il primo gene ha dimostrato di influenzare il cosiddetto “colore strutturale” che sta alla base del viola iridescente, blu, verde e dorato tonalità di molte farfalle.
I risultati di questi studi sono un punto di partenza per ulteriori ricerche genetiche: potranno far comprendere come le farfalle producono nanostrutture complesse con proprietà ottiche, ma potrebbero essere utili anche gli ingegneri per produrre nanostrutture basate su fotoni, sensibili alla luce per pannelli solari o colori iridescenti per vernici, abbigliamento e cosmetici.
Il colore strutturale è diverso dal colore del pigmento, come quello nella pelle o su una tela, che assorbe o riflette diversi colori della luce. Deriva dall’interazione della luce con un materiale solido e il meccanismo è simile a quello per cui una bolla trasparente sviluppa una lucentezza colorata. La luce penetra e rimbalza interferendo con la luce riflessa dalla superficie e finisce col cancellare tutto ad eccezione di un solo colore.
L’allevatrice aveva notato che a volte queste farfalle hanno solo alcune squame blu nella parte anteriore, per questo aveva iniziato ad allevarle separatamente.
“Sappiamo che la presenza così importante del blu nella Junonia coenia è un cambiamento recente ed è il risultato di una selezione di cui conosciamo anche i tempi. Tutti elementi significativi per i biologi evoluzionisti”, ha affermato Thayer.
Secondo Thayer, negli anni sono state studiate centinaia di specie di farfalle proprio per il colore strutturale vistoso delle loro squame alari – la specie più eclatante è il morpho blu, con ali da 5 pollici di blu iridescente bordate di nero – ma il lavoro sulla Junonia coenia ha evidenziato qualcosa di nuovo: il colore iridescente è comune a tutte le 10 specie di questo insetto. Anche un’insignificante farfalla grigio chiaro, la Junonia atlites, osservata al microscopio, ha mostrato di avere scaglie iridescenti color arcobaleno i cui colori si fondono insieme nel grigio se visti ad occhio nudo.
Thayer ha allevato e studiato sia la Junonia comune sia la varietà incrociata e più blu ottenuta da Smith. Usando un microscopio agli ioni di elio all’avanguardia, ha analizzato le lamine che formano le squame alari per vedere quali strutture sono responsabili del colore e per capire se il cambiamento di colore era dovuto a un cambiamento nel colore strutturale o solo a una perdita di pigmento marrone che ha permesso al colore blu di risaltare. Non ha trovato alcuna differenza nella quantità di pigmento marrone, ma una differenza significativa nello spessore della chitina, il forte polimero da cui è costruita la squama e che genera anche il colore strutturale.
Nella specie comune di Junonia, lo spessore dello strato di chitina è di circa 100 nanometri e dà una tonalità dorata che si fonde con il pigmento marrone. La Junonia più blu ha la chitina con uno spessore di circa 190 nanometri – come quello di una bolla di sapone – e produce un’iridescenza blu che sovrasta il pigmento marrone.
Ha anche scoperto che, sebbene le squame delle farfalle abbiano un’elaborata struttura microscopica, il colore strutturale proviene dal fondo o dalla base della squama.
“Questo non è intuitivo, perché la parte superiore della squama ha tante curve, scanalature e dettagli che catturano davvero l’attenzione, e i colori strutturali più famosi sono complessi e spesso nella parte superiore della squama alare. Ma il semplice strato piatto nella parte inferiore della squama controlla la colorazione strutturale in ogni specie che abbiamo osservato. Il colore si riduce a un cambiamento relativamente semplice nella squama, dipende dallo spessore della lamina”, ha detto Patel Nipam, professore di biologia molecolare e cellulare alla Università della California, Berkeley, che ha collaborato con Thayer in questo studio.
Thayer ha anche studiato le squame di queste stesse specie di farfalle mutanti create dai ricercatori della Cornell University che mancavano di un gene chiave, chiamato optix, che controlla il colore. Le immagini al microscopio hanno dimostrato che la mancanza del gene ha anche aumentato lo spessore del film sottile di chitina nelle squame, creando un colore blu. Optix è un gene regolatore che controlla molti altri geni delle farfalle.
“Una cosa interessante di queste nostre scoperte è l’aver osservato che lo stesso meccanismo che si è ripresentato in milioni di anni di evoluzione delle farfalle potrebbe essere riprodotto molto rapidamente in processi di selezione artificiale come quelli realizzati da Smith –ha detto Thayer – dunque, l’evoluzione nei colori è un fenomeno ripetibile “.