Origem misteriosa das manchas azuis elétricas da arraia-fita é revelada

Pesquisadores descobriram as nanoestruturas únicas responsáveis ​​pelas manchas azuis elétricas da arraia-fita-de-manchas-azuis (Taeniura lymma), com possíveis aplicações para o desenvolvimento de coloração sem produtos químicos. A equipe também está conduzindo pesquisas contínuas sobre a igualmente enigmática coloração azul do tubarão-azul (Prionace glauca).

Esta pesquisa, intitulada “Ribbontail Stingray Skin Employs a Core-Shelf Photonic Glass Ultrastructure to Make Blue Structural Color”, foi publicada em Materiais Ópticos Avançados .

A coloração da pele desempenha um papel fundamental na comunicação do organismo, fornecendo pistas visuais críticas para a vida que podem alertar, atrair ou camuflar. As arraias-de-cauda-fita-de-manchas-azuis possuem impressionantes manchas azuis elétricas em sua pele. No entanto, os processos biológicos que produziram essas manchas azuis elétricas eram um mistério até agora.

“Se você vê azul na natureza, pode quase ter certeza de que ele é feito por nanoestruturas de tecido, não pigmento”, diz Mason Dean, Professor Associado de Anatomia Comparada na City University of Hong Kong (CityU). “Entender a cor estrutural animal não é apenas sobre física óptica, mas também sobre os materiais envolvidos, como eles são finamente organizados no tecido e como a cor se parece no ambiente do animal. Para juntar todas essas peças, reunimos uma ótima equipe de disciplinas de vários países, terminando com uma solução surpreendente e divertida para o quebra-cabeça de cores das arraias.”

As cores estruturais são produzidas por estruturas extremamente pequenas que manipulam a luz, e não como um produto de pigmentos químicos.

“As cores azuis são especialmente interessantes porque os pigmentos azuis são extremamente raros, e a natureza frequentemente usa estruturas em nanoescala para produzir o azul”, diz Viktoriia Kamska, uma pós-doutoranda que estuda mecanismos de coloração natural na CityU. “Estamos particularmente interessados ​​em arraias ribbontail, porque, diferentemente da maioria das outras cores estruturais, sua cor azul não muda quando você as olha de ângulos diferentes.”

A equipe de pesquisa combinou uma variedade de técnicas para entender a arquitetura da pele sob diferentes condições naturais.

“Para entender a arquitetura em pequena escala da pele, usamos microtomografia computadorizada (micro-CT), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET)”, diz o Dr. Dean.

“Descobrimos que a cor azul é produzida por células únicas da pele, com um arranjo 3D estável de esferas em nanoescala contendo nanocristais refletivos (como pérolas suspensas em um chá de bolhas)”, diz Amar Surapaneni, um pós-doutorado do grupo de Dean até recentemente, e agora um acadêmico visitante no Trinity College Dublin. “Como o tamanho das nanoestruturas e seu espaçamento são um múltiplo útil do comprimento de onda da luz azul, elas tendem a refletir comprimentos de onda azuis especificamente.”

Curiosamente, a equipe descobriu que o arranjo “quase ordenado” exclusivo das esferas ajudou a garantir que a cor permanecesse inalterada no ângulo de visão.

“E para limpar quaisquer cores estranhas, uma camada espessa de melanina abaixo das células produtoras de cor absorve todas as outras cores, resultando em uma pele azul extremamente brilhante”, diz o Dr. Dean. “No final, os dois tipos de células são uma ótima colaboração: as células de cor estrutural se concentram na cor azul, enquanto as células de pigmento de melanina suprimem outros comprimentos de onda, resultando em uma pele azul extremamente brilhante.”

A equipe acredita que essa fascinante coloração azul provavelmente proporcionará benefícios de camuflagem para as arraias.

“Na água, o azul penetra mais profundamente do que qualquer outra cor, ajudando os animais a se misturarem com o ambiente”, diz o Dr. Dean. “Manchas azuis brilhantes na pele das arraias não mudam com o ângulo de visão; portanto, elas podem ter vantagens específicas na camuflagem, pois o animal está nadando ou manobrando rapidamente com asas ondulantes.”

As aplicações para esta pesquisa atualmente sendo exploradas incluem materiais coloridos sem pigmentos e bioinspirados.

“Estamos buscando colaborações com outros pesquisadores para desenvolver sistemas estruturais coloridos biomiméticos flexíveis, inspirados na natureza suave da pele de arraia, para cores seguras e livres de produtos químicos em tecidos, displays flexíveis, telas e sensores”, diz o Dr. Dean.

Além do trabalho com arraias, a Dra. Kamska e sua equipe também estão investigando a coloração azul de outras arraias e tubarões, incluindo o tubarão-azul.

“Apesar do nome ‘tubarão-azul’ e seus aspectos ecológicos serem bem estudados, ninguém ainda sabe como a cor azul é produzida em sua pele”, diz o Dr. Kamska. “Resultados preliminares demonstram que esse mecanismo de coloração é diferente do da arraia — mas, assim como a arraia, precisamos tentar diferentes combinações de ferramentas de imagens finas e abordar múltiplas disciplinas relacionadas em óptica, materiais e ciências biológicas.”

Há também um artigo futuro em Fronteiras em Biologia Celular e do Desenvolvimentointitulado “Filamentos intermediários organizam espacialmente nanoestruturas intracelulares para produzir o azul estrutural brilhante das arraias-fita ao longo da ontogenia”.

Esta pesquisa será apresentada na Conferência Anual da Sociedade de Biologia Experimental em Praga, de 2 a 5 de julho de 2024.