Cấu trúc màu sắc đôi cánh loài bướm

Không đâu trong tự nhiên lại ẩn chứa nhiều màu sắc như đôi cánh của loài bướm, tuy nhiên các nhà khoa học vẫn còn gặp nhiều trở ngại trong việc tìm hiểu cách thức tạo ra những sắc màu này. Marco Giraldo đã tiến hành tìm hiểu cấu trúc về mặt đôi cánh của loài bướm cánh trắng và một số loài khác. Bên cạnh đó, ông cũng tìm hiểu tại sao loài bướm cánh trắng châu Âu lại bị khước từ nhiều hơn so với loài Nhật Bản.

Giraldo sẽ được nhận bằng tiến sĩ triết học do đại học Groningen cấp vào ngày 25/01/2008.

Màu sắc trên đôi cánh loài bướm được dùng như một thông điệp quảng cáo. Những hoa văn trên đó giúp chúng nhận ra đồng loại từ xa và cũng nhờ đó mà phân biệt được con đực và con cái, chứ không hẳn là để đi tìm đôi lứa. Bề mặt đôi cánh được tạo nên bởi một lượng khổng lồ những điểm màu (gọi là vảy) với kích thước 50 x 250 micromet mỗi điểm (1 micromet bằng 1/15 milimet).

Tuy nhiên các nhà khoa học vẫn chưa hiểu được cặn kẽ những màu sắc trên cánh bướm được tạo thành như thế nào. Họ chỉ biết rằng chúng được tạo thành theo hai cách khác nhau: nhờ sắc tố và nhờ cấu trúc nano trên các vảy nhằm đảm bảo sự phân bố ánh sáng theo những cách đặc biệt để tạo ra màu sắc đẹp mắt. Những màu sắc này còn được gọi là màu sắc cấu trúc, chúng có thể được thấy rõ ràng ở loài bướm morpho tại rừng mưa Nam Phi.

Bướm cánh trắng

Marco Giraldo đã tìm hiểu cấu trúc và sắc tố trên cánh loài bướm cánh trắng và một số loài khác cùng họ Pieridae. Ông đã chọn loài này bởi chúng có màu sắc tương đối đơn giản.

Bằng cách so sánh tỉ lệ các màu khác nhau dưới kính hiển vi electron, ông đã tìm ra các thức tạo thành màu sắc ở loài bướm cánh trắng. Giraldo là người đầu tiên chứng minh được màu sắc ở những loài bướm này chịu ảnh hưởng bởi đặc điểm cấu trúc nano.

Cấu trúc vảy

Mặc dù cấu trúc không gian của vảy màu tuỳ thuộc vào từng loài bướm riêng biệt nhưng chúng đều có một số đặc điểm chung: Một vảy màu gồm hai lớp nối với nhau bởi một trụ. Bề mặt bên dưới khá trơn nhẵn và không có cấu trúc. Nhưng bề mặt bên trên lại được tạo thành bởi rất nhiều các dải song song, kéo dài nằm cách xa nhau khoảng từ 1 đến 2 micromet. Màu sắc được quy định bởi độ phân tán xạ ánh sáng dựa trên cấu trúc vảy và bởi sự hấp thu ánh sáng nhờ sự hiện diện của sắc tố. Ví dụ, sắc tố của loài bướm cánh trắng hấp thu tia cực tím và ánh sáng xanh lưu huỳnh. Cùng một lúc hai thứ ánh sáng này làm toả ra lần lượt màu vàng hoặc trắng.

Hiệu quả

Giraldo cũng phát hiện racánh của loài bướm trắng được tạo nên theo một phương thức hiệu quả đáng kinh ngạc. Cả mặt trên lẫn dưới của đôi cánh đều gồm hai lớp vảy chồng lên nhau giúp phản xạ ánh sáng. Càng nhiều lớp vảy thì phản xạ ánh sáng càng tốt. Hiện tượng phản xạ ánh sáng này rất quan trọng vì loài bướm luôn hy vọng được chiêm ngưỡng. Hai lớp vảy tạo nên một cấu trúc quang học: nếu có trên hai lớp thì khả năng phản xạ được tăng lên, nhưng đôi cánh sẽ trở nên quá nặng so với cơ thể của loài bướm.

Những con bướm đực Nhật Bản

Giraldo khám phá ra tại sao những con bướm cánh trắng đực Nhật Bản lại có khả năng nhận biết con cái tốt hơn so với những con đực châu Âu cùng loài vẫn thường xuyên nhầm lẫn. Đó là bởi vì đôi cánh của loài bướm cánh trắng Nhật Bản khác nhau khá tinh tế giữa con đực và con cái, không giống họ hàng châu Âu của nó. Vảy trên đôi cánh của con cái Nhật Bản thiếu những sắc tố cụ thể giúp hấp thụ tia UV, còn con đực Nhật Bản lại có những sắc tố này. Loài bướm cánh trắng châu Âu dù đực hay cái đều chứa sắc tố hấp thụ tia UV. Chính vì thế mà con đực loài bướm Nhật Bản (có khả năng nhìn thấy tia UV) phân biệt được con đực và con cái.

Nền công nghiệp màu sắc

Những phương thức tạo màu mới có thể được phát triển nhờ kiến thức rút ra từ nghiên cứu của Giraldo. Chúng ta cũng có thể ứng dụng cấu trúc nano quan sát được trên đôi cánh loài bướm để tạo ra những hiệu quả quang học ấn tượng trong sơn, vec-ni, mỹ phẩm, chất liệu bao gói hoặc quần áo. Ý tưởng về nền công nghiệp đi theo nghiên cứu về đôi cánh của loài bướm quả thực là một điều thú vị.