چه حباب صابون ها و پروانه ها در مشترک دارند ؟

پروانه ها که ادیت اسمیت انتخابی تربیت بسیار میشن و بیشتر رنگین کمانی از وحشی مشترک گیاهی شبیه شاهبلوط هندی که عمدتا قهوه ای (پایین را ببینید). پرورش, UC Berkeley, محققان کشف کردند تغییر ساختار بال مقیاس برای تولید یک آبی به جای طلایی ساختاری رنگ. (حسن نیت ارائه میدهد عکس از ادیت اسمیت)

ادیت اسمیت پرورش میشن و درخشانتر مشترک گیاهی شبیه شاهبلوط هندی در پروانه مزرعه در فلوریدا, اما آن را در زمان, دانشگاه, کالیفرنیا, برکلی, دانشجوی کارشناسی ارشد راشل Thayer به توضیح فیزیکی و ژنتیکی تغییرات اساسی پروانه به تازگی به دست آورد رنگین کمان.

در این روند Thayer کشف نسبتا چگونه از آن آسان است برای پروانه ها به تغییر رنگ بال بیش از فقط چند نسل در بر داشت و اولین ژن اثبات شده برای نفوذ به اصطلاح "ساختاری رنگ" است که زمینه رنگین کمانی, بنفش, آبی, سبز و طلایی رنگ از بسیاری از پروانه ها.

او یافته ها از یک نقطه شروع به صورت ژنتیکی جدید رویکرد به بررسی چگونگی پروانه تولید نانوساختارهای پیچیده با خواص نوری است که در نهایت می تواند کمک به مهندسین توسعه راه های جدید برای تولید فوتونی نانوساختارهای برای پانل های خورشیدی و یا رنگین کمانی رنگ برای رنگ لباس و لوازم آرایشی.

ساختاری رنگ متفاوت از رنگدانه رنگ بود که در پوست خود و یا بر روی یک بوم که جذب و یا منعکس کننده رنگ های مختلف نور است. به جای آن می آید از نور را در تعامل با یک ماده جامد در راه همان است که یک حباب شفاف را توسعه رنگارنگ شین. نور نفوذ آن و پرش به عقب از تداخل با نور منعکس شده از سطح در راه است که لغو تمام اما یک رنگ.

در سایه بلوط پروانه مزرعه در Brooker, فلوریدا, اسمیت پرورش با آزمایش رایج گیاهی شبیه شاهبلوط هندی (Junonia coenia) — عمدتا قهوه ای پروانه با زرق و برق دار, رنگارنگ, لکه های موجود در سراسر ایالات متحده و اغلب مطرح شده توسط پروانه کشاورزان برای باغ پروانه و یا مراسم عروسی — شد و ایده آل برای Thayer مطالعه ساختاری رنگ.

یک نمونه رایج گیاهی شبیه شاهبلوط هندی پروانه Junonia coenia است قهوه ای به دلیل رنگدانه قهوه ای و طلایی ساختاری رنگ در بال فلس است. (عکس Nipam پاتل)

"ادیت متوجه شده است که گاهی این پروانه ها فقط چند فلس آبی در مقابل بخشی از بال جلو و شروع به پرورش حیوانات آبی هم گفت:" Thayer که در دانشگاه برکلی وزارت یکپارچه زیست شناسی. "بنابراین به طور موثر او انجام یک انتخاب مصنوعی آزمایش هدایت خود کنجکاوی و شهود در مورد چه خواهد بود جالب است."

در یک کاغذ ظاهر می شود آنلاین این هفته در مجله eLifeتایر و Nipam پاتل یک دانشگاه برکلی و استاد مولکولی و زیست شناسی سلولی که در مرخصی به عنوان مدیر دریایی بیولوژیکی در آزمایشگاه وودز هول ماساچوست توصیف تغییرات فیزیکی در بال مقیاس در ارتباط با اسمیت آزمایش رایج گیاهی شبیه شاهبلوط هندی, و, گزارش, یکی, ژنتیک, تنظیم کننده آبی رنگین کمان.

"من به خصوص عاشق روشن تکاملی زمینه: که قادر به به طور مستقیم مقایسه" قبل " و "بعد از" و قطعه با هم کل داستان" Thayer گفت. "ما می دانیم که blueness در J. coenia اخیر تغییر دهید ما می دانیم چه به صراحت نیروی انتخاب شد, ما می دانیم که زمان قاب را تغییر دهید. نیست که هر روز اتفاق می افتد برای زیست شناسان تکاملی."

ساختاری رنگ زرق و برق دار تولید می کند پروانه ها

با توجه به Thayer صدها نفر از پروانه ها بررسی شده اند و به دلیل زرق و برق دار ساختاری رنگ در بال فلس است. این showiest آبی است مورفو با 5 اینچ بال رنگین کمانی آبی با لبه سیاه و سفید. او مطالعه, اما متمرکز در کمتر زرق و برق دار جنس Junoniaو متوجه شد که رنگ رنگین کمانی است که مشترک در طول 10 گونه حتی یکنواخت و خسته کننده هستند. یکی عادی نور خاکستری, پروانه, بنفشه سه رنگ , J. atlitesثابت در زیر میکروسکوپ به رنگین کمانی, رنگین کمان, رنگ فلس که رنگ ها با هم مخلوط به خاکستری هنگام مشاهده با چشم غیر مسلح.

75% ضخامت بیشتر از مقیاس لایه از بال یک تربیت آبی گیاهی شبیه شاهبلوط هندی (قرمز نوار ردیف بالا سمت راست) نسبت به ضخامت یک مقیاس از قهوه ای بال معمولی گیاهی شبیه شاهبلوط هندی (پایین صفحه) مسئول آبی رنگ است. فلش قرمز نشان می دهد بال منطقه که از مقیاس به دست آمد. (UC برکلی تصاویر توسط راشل Thayer)

یکی از درس های اصلی از این مطالعه گفت این است که "ترین پروانه الگوهای احتمالا ترکیبی از رنگدانه های رنگ و ساختاری رنگ که یکی از قوی ترین تاثیر را بر بال رنگ بستگی دارد که چقدر رنگدانه وجود دارد."

Thayer مطرح شده هر دو وحشی قهوه ای مشترک گیاهی شبیه شاهبلوط هندی و صلیب-تربیت میشن انواع به دست آمده از اسمیت. با استفاده از دولت از هنر هلیوم میکروسکوپ یون او تصویربرداری مقیاس از بال به ببینید که در مقیاس سازه های مسئول رنگ و برای تعیین اینکه آیا این تغییر رنگ به دلیل تغییر در ساختاری رنگ و یا فقط به از دست دادن رنگدانه قهوه ای که رنگ آبی را به ایستادگی کردن.

او در بر داشت و هیچ تفاوتی در مقدار رنگدانه قهوه ای در مقیاس اما یک تفاوت قابل توجهی در ضخامت ماده ای پلیمری است که از آن در مقیاس ساخته شده است و همچنین تولید سازه های رنگ. در وحشی گیاهی شبیه شاهبلوط هندی, ضخامت کيتين لایه در حدود 100 نانومتر بازده طلایی رنگ که حاوی رنگدانه قهوه ای. Bluer گیاهی شبیه شاهبلوط هندی بود کیتین در حدود 190 نانومتر ضخامت مورد ضخامت یک حباب صابون — که تولید آبی رنگین کمان است که outshined رنگدانه قهوه ای.

پرورش تبدیل به یک قهوه ای منطقه از گیاهی شبیه شاهبلوط هندی بال (چپ) بسیار میشن (سمت راست) به عنوان فردی مقیاس لایه ضخیم تعویض طلایی ساختاری با رنگ آبی. (UC برکلی تصاویر توسط راشل Thayer)

"آنها در واقع ایجاد رنگ همان راه یک حباب صابون رنگین کمان با این نسخهها کار; این همان پدیده فیزیکی" Thayer گفت.

او همچنین نشان داد که هر چند مقیاس از Junonia پروانه ها را استادانه درست شده میکروسکوپی ساختار سازه ای رنگ می آید از پایین و یا پایه مقیاس.

"است که بصری به دلیل بالا بخشی از مقیاس است تمام این منحنی ها و شیار ها و جزئیات است که واقعا گرفتن چشم خود را و معروف ترین سازه های رنگ ساختار استادانه درست شده که اغلب در قسمت بالای مقیاس," او گفت:. "اما ساده, صاف, لایه در پایین مقیاس کنترل ساختاری رنگ در هر گونه ما بررسی می شود."

"رنگ پایین می آید به یک نسبتا ساده تغییر در مقیاس های: ضخامت لایه گفت:" پاتل. "ما اعتقاد داریم که این خواهد بود ژنتیکی رام سیستم است که می تواند اجازه می دهد تا ما را به شناسایی ژن و توسعه مکانیسم های است که می تواند کنترل ساختاری رنگ امیزی."

Thayer نیز مورد بررسی مقیاس جهش buckeyes ایجاد شده توسط محققان دانشگاه کرنل است که فاقد یک ژن کلیدی به نام optixکه کنترل رنگ. این تصویر میکروسکوپ تصاویر نشان داد که عدم وجود این ژن همچنین افزایش ضخامت فیلم نازک از کيتين در مقیاس ایجاد رنگ آبی. Optix است که یک تنظیم کننده ژن که کنترل بسیاری دیگر از پروانه ژن که Thayer دنبال خواهد شد در آینده.

"یکی از چیزهایی که من فکر می کردم سرد بود در مورد یافته های ما دیدن شد که همان مکانیزمی است که عود در طول میلیون ها سال از پروانه تکامل می تواند تکثیر واقعا به سرعت در (اسمیت) مصنوعی بخش آزمایش," او گفت:. "که می گوید که رنگ در حال تحول با تغییر در ضخامت لایه توسط یک تکرار مهم پدیده است."

فرانسیس آلن یک دانشمند محقق در دانشگاه برکلی بخش علم مواد و مهندسی نیز همکاری نویسنده این مقاله است. این کار با حمایت بنیاد ملی علوم (DEB-1601815, DGE-1106400).

اطلاعات مربوط به