Najciemniejszy sekret mutilidów: jak ultraczarne zwierzęta inspirują technologię

Bardzo niewiele osób podjęło wyzwanie badania mutilidów. Owady te, powszechnie znane jako mrówki aksamitne, są równie interesujące, co trudne do zbadania. Jak głosi klasyczna praca na ten temat: „Żaden [gatunek błonkówek] nie jest w stanie dostarczyć tylu godzin fascynacji i frustracji, co mrówki aksamitne”.

Choć ich wygląd jest aksamitny ze względu na gęste sierści pokrywające ich ciała, nie są to prawdziwe mrówki, gdyż bliżej im do os. Obecnie rodzina Mutillidae liczy 4693 gatunki, jednak nie dysponujemy informacjami na temat zdecydowanej większości z nich.

Powodów należy doszukiwać się w ich biologii. U samców i samic występuje wyraźny dymorfizm płciowy : samice są bezskrzydłe i duże, natomiast samce mają skrzydła i są zazwyczaj mniejsze. Utrudnia to taksonomię, ponieważ często ten sam gatunek opisywany jest jako różne rodzaje.

Samice poszukują gniazd innych owadów, na przykład os samotnych, w celu złożenia jaj. Po wykluciu larwy żerują na poczwarce żywiciela, pełniąc funkcję pasożyta . To zachowanie komplikuje również jego badanie, ponieważ wymaga obserwacji i zrozumienia interakcji między gatunkami w ich naturalnym środowisku. Ponadto ich samotny tryb życia sprawia, że ​​wyjątkowo trudno je znaleźć.

Są jednak ludzie, dla których trudności zamiast zniechęcać, stanowią atrakcję. Taką sytuację opisuje Viniciusa Lópeza, entomologa z Federalnego Uniwersytetu Trójkąta Górniczego w Brazylii. Jak mówi w wywiadzie dla EL PAÍS: „Kiedy badasz mutilidae, każde odkrycie zdaje się otwierać więcej pytań niż odpowiedzi . To poczucie tajemnicy i nieustanne wyzwanie, jakim jest ich zrozumienie, jest dla mnie absolutnie czarujące”.

Konkretnie rzecz biorąc, istnieje gatunek o nazwie Traumatomutilla bifurca , który zwrócił jego uwagę ze względu na swoje osobliwe czarno-białe ubarwienie. „Podczas wyprawy do Parku Narodowego Chapada dos Guimarães zobaczyłem ten gatunek chodzący po jasnym piasku i miałem wrażenie, że białe paski unoszą się w powietrzu, jakby czarne części nie istniały” – wyjaśnia Vinicius López. „To był moment, którego nigdy nie zapomnę”.

Kilka lat później do jego laboratorium trafił spektrometr, który mógł mierzyć światło odbite od różnych powierzchni. On i jego zespół postanowili zatem zmierzyć ilość czerni obecnej w kutykuli T. bifurca . Częścią kalibracji tego przyrządu są punkty odniesienia dla bieli (oznaczającej maksymalne odbicie) i czerni (oznaczającej minimalne odbicie). Stwierdzono, że czerń pochodząca z T. bifurca odbijała mniej światła niż czerń kalibracyjna w spektrometrze. „To odkrycie utwierdziło nas w przekonaniu, że mamy do czynienia z wyjątkowym zjawiskiem, wartym zbadania ” – mówi entomolog.

Vinicius i jego zespół odkryli kolor znany jako ultraczarny, który charakteryzuje się odbiciem mniej niż 0,5% padającego światła. W naturze kolor ten jest niezwykle rzadki i występuje jedynie u kilku zwierząt, takich jak pająk pawi ( Maratus tasmanicus ), rajski ptak ( Lophorina niedda ), żmija gabońska ( żmija gabońska ) czy pantofelek grecki ( Catonephele numilia ).

U każdego zwierzęcia kolor ten wykształcił się niezależnie i dał mu różne korzyści ewolucyjne. U pająków pawich i ptaków rajskich ultraczarny kolor podkreśla inne jaskrawe kolory, zwiększając kontrast wizualny i przyciągając partnerów. U żmii gabońskiej pozwala ona na lepszą regulację temperatury i kamuflaż, a u pantofelka greckiego pomaga w dezorientacji drapieżników.

W przypadku Traumatomutilla bifurca funkcja ultrablacka nie jest do końca jasna. Zachowania seksualne mutilidae są nadal słabo poznane, ale nie wydaje się, aby ubarwienie samic służyło do przyciągania samców. Zamiast tego może pomóc im unikać drapieżników.

Mutilidae znane są ze swoichstrategii obrony przed drapieżnikami . Samice wyglądają jak małe opancerzone czołgi: mają niezwykle wytrzymały egzoszkielet i bardzo silne jadowite żądło. Ponadto, ich ubarwienie jest takie samo jak u innych gatunków żyjących w środowisku, które również są trujące. Zjawisko to nazywane jest mimikrą Müllera. Co ciekawe, nie zaobserwowano praktycznie żadnych interakcji między tymi mrówkami a drapieżnikami owadożernymi. Jak wyjaśnia Vinicius López, „pozostaje tajemnicą, kim są ich naturalni wrogowie, co sprawia, że ​​badanie ich jest jeszcze bardziej intrygujące”.

Jednak w przypadku mutilidów nie wszystko jest nierozwiązaną tajemnicą. Wykorzystując zaawansowane techniki, takie jak skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM), Vinicius López i jego zespół odkryli, w jaki sposób owady te uzyskują tak ciemny kolor. Niedawno opublikowali swoje wyniki w czasopiśmie Belstein Journal of Nanotechnology .

Powierzchnia naskórka T. bifurca jest pokryta gęstą warstwą kolców, które działają jak pułapki na światło, kierują je do wnętrza naskórka. Pod tą warstwą powierzchniową znajduje się szereg zachodzących na siebie warstw, które tworzą trójwymiarową sieć. Taki układ dodatkowo zwiększa absorpcję światła, gdyż odbija się ono wielokrotnie wewnątrz blaszek, aż zostanie ostatecznie pochłonięte przez pigmenty, prawdopodobnie melaninę. Jest to idealne połączenie nanoinżynierii i biochemii.

Badania takie otwierają możliwości praktycznych zastosowań technologii. Nauka zdołała już odtworzyć te mechanizmy w laboratoriach, wykorzystując nanorurki węglowe i struktury podobne do tych, jakie mają te zwierzęta. Według Stanislava Gorba, profesora Instytutu Zoologii Uniwersytetu w Kilonii i jednego z czołowych ekspertów w dziedzinie materiałów biomimetycznych, jednym z ich najbardziej udanych zastosowań jest wykorzystanie w urządzeniach optycznych, takich jak mikroskopy i teleskopy, gdzie ultraczarne powierzchnie redukują wewnętrzne odbicia, co poprawia jakość uzyskiwanych obrazów.

Na przykład Vantablack , jeden z najbardziej znanych ultraczarnych materiałów, zadebiutował w kosmosie w 2015 r., pokrywając śledzący gwiazdy mikrosatelita Kent Ridge 1. Chociaż wydaje się, że jest to ciemne środowisko, przestrzeń kosmiczna jest bardzo jasna. Ventablack pochłania światło docierające do czujników trackera, zwiększając jego zdolność monitorowania położenia względem gwiazd.

Stanislav Gorb uważa, że ​​jednym z najbardziej obiecujących osiągnięć w dziedzinie ultraczarności jest jej zastosowanie w panelach słonecznych. W porównaniu do obecnych powłok, które mogą odbijać część padającego światła, powłoka Ultrablack gwarantuje, że praktycznie cała dostępna energia świetlna zostanie przechwycona przez ogniwa fotowoltaiczne. W dłuższej perspektywie technologia ta może odegrać kluczową rolę w poprawie efektywności wykorzystania energii odnawialnej, stymulując rozwój bardziej zrównoważonych i konkurencyjnych rozwiązań.

Kiedy Vinicius López po raz pierwszy natknął się na T. bifurca na białym piasku, prawdopodobnie nie pomyślał o teleskopach ani panelach słonecznych. Jego zainteresowanie mutilidae wynikało wyłącznie z chęci zrozumienia zwierząt, które odmawiają wyjawienia swoich sekretów. Jednak w naturze wszystko jest połączone i najciemniejszy sekret owada może być źródłem inspiracji dla ciekawego naczelnego, który poleciał w kosmos.