Il colore ottico delle farfalle spiegato ai bambini. Dall'ala della farfalla alle nanotecnologie

Fino a poco tempo fa, i chimici credevano che il colore di tutti i materiali, compresi i tessuti, dipendesse solo dalla presenza di coloranti e pigmenti in grado di assorbire parte dei raggi della parte visibile dello spettro e di trasmetterli (se i materiali sono trasparenti) o riflettenti (se opachi) altre lunghezze d'onda. La parte dello spettro riflessa dai materiali viene percepita dai nostri occhi come colore. Così venivano insegnati gli specialisti nella sintesi e nell'uso dei coloranti, questo è ciò che è stato scritto nei libri di testo, e questo è esattamente il meccanismo della colorazione chimica o di assorbimento.

Circa 20 anni fa si è scoperto che la natura è stata in grado di creare colori per molti milioni di anni senza sostanze colorate speciali - solo grazie a strutture ordinate di dimensioni molto piccole (nano-dimensioni). Questo meccanismo di colorazione, a differenza di quello “chimico”, si basa solo su principi ottici. Quando la luce viene riflessa da nanoelementi strutturati in multistrati - reticoli, lacci, scanalature, quindi, poiché le dimensioni di questi elementi sono commisurate alla lunghezza d'onda della luce, si verificano interferenze, diffrazione e dispersione delle onde - di conseguenza vediamo il colore. Questa colorazione di origine ottica venne chiamata “strutturale”. Si scopre che, insieme al solito, si trova in natura abbastanza spesso - negli insetti, negli uccelli, nei pesci, molluschi marini e piante.

La colorazione strutturale esiste in natura da circa 500 milioni di anni. Si può ritenere che il primo accenno al concetto di “colore strutturale” sia apparso nel XVII secolo dal naturalista Robert Hooke, nel suo libro “ Micrografia" Lo scienziato ha delineato la sua teoria dei colori e ha spiegato il colore degli strati sottili riflettendo la luce dai loro confini superiore e inferiore. In effetti, questa è stata la prima menzione di interferenza. Spiegazione corretta la colorazione strutturale fu data per la prima volta da Lord John William Strutt Rayleigh nel 1917. Derivò una formula per esprimere le proprietà della luce riflessa da strutture stratificate regolari e sostenne che il colore di un doppio cristallo, di un vecchio vetro incrinato e della copertura di insetti e farfalle non è dovuto ai pigmenti, ma alla struttura di questi materiali. Rayleigh notò anche che questi “sistemi ottici sono caratterizzati da una dimensione commisurata alla lunghezza d’onda della luce incidente”.

L'impulso successivo allo studio della colorazione strutturale venne dalla microscopia elettronica, apparsa negli anni '30 e '40 del XX secolo. Con il suo aiuto è stato possibile studiare la struttura delle piume, in cui sottili strati di cheratina si alternano a strati d'aria, e dimostrare che è proprio la struttura a causare il colore dell'arcobaleno. La microscopia elettronica ha anche mostrato che i vari colori delle ali delle farfalle della famiglia Morplro ed altri ne derivano anche a causa della struttura delle squame (Fig. 1). La dimensione delle loro cellule e la geometria determinano la lunghezza d'onda della luce riflessa e la sua intensità (nel caso delle farfalle Morplro vediamo il colore blu-blu). Di regola, sono farfalle Morplro menzionato quando si tratta di colorazione strutturale. La struttura microscopica delle loro squame, così come le falene Urania, sono meglio studiati (Fig. 2).

Gli studi sistematici sulle piume degli uccelli, sulle coperture degli insetti, sulle squame e sulla pelle degli abitanti dei mari e degli oceani continuano ancora oggi. Si è scoperto che nel mondo animale esistono tre tipi di colorazione: solo strutturale (farfalle Morplo), solo pigmentato (come la farfalla della citronella) e strutturale in combinazione con la pigmentazione. Il colore blu delle ali è spesso creato dalla colorazione strutturale, dovuta alle scaglie, ma se ad esse viene aggiunto il pigmento giallo, appare un ulteriore colore verde.

Perché vediamo il colore dove non c'è pigmento colorato? Quando la luce interagisce con una sottile pellicola trasparente, una parte di essa viene riflessa dalla sua superficie esterna, il resto della luce attraversa la pellicola fino al suo limite inferiore, viene nuovamente riflessa, passa attraverso la pellicola fino al suo limite superiore e si unisce alla luce già riflessa. luce dalla superficie (Fig. 3).

Poiché la luce percorre un percorso pari allo spessore della pellicola, l'onda riflessa dal bordo superiore della pellicola può o meno essere in fase con la luce riflessa dal bordo inferiore. Infatti vengono sommati o sottratti sia i flussi riflessi, dalle superfici esterna che quella interna della lastra. Se le fasi della luce riflessa dalle superfici superiore e inferiore non coincidono, allora non vediamo il colore: si parla di interferenza distruttiva. Quando le fasi coincidono, vediamo il colore: questa è un'interferenza costruttiva (Fig. 4). Naturalmente la differenza di fase dei due tipi di luce riflessa dipenderà dallo spessore della pellicola, dal suo indice di rifrazione, dall'angolo di illuminazione e dalla lunghezza d'onda della luce incidente. Dato un certo spessore della pellicola, un certo indice di rifrazione e un'illuminazione policromatica (luce bianca), possiamo vedere solo un colore. In altri casi, sulle ali e sulle conchiglie (Fig. 5) vediamo l'intero spettro dei colori, compresi il bianco e nero intenso, l'iridescente e l'opalescente.

Se l'interferenza non si verifica in un film, ma in un pacchetto multistrato di pellicole trasparenti, l'interferenza costruttiva aumenterà e il colore sarà più intenso. Tali strutture multistrato trasparenti si trovano nel piumaggio degli uccelli, nei tessuti tegumentari degli insetti e nelle scaglie degli abitanti dei mari e degli oceani. La colorazione di questi organismi viventi può essere molto colori differenti, compreso iridescente e iridescente. Negli uccelli i sistemi ottici sono formati da una combinazione del pigmento melanina, della proteina cheratina e dell'aria, mentre nelle farfalle il materiale di partenza è il polisaccaride chitina contenente azoto e i pigmenti.

L'esempio più semplice di colorazione arcobaleno è una sottile pellicola di olio, cherosene e altro composti organici sull'acqua o colorato bolla. I colori cangianti e iridescenti differiscono da quelli strutturali in quanto il loro colore e la loro tonalità cambiano a seconda dell'angolo di visione dell'osservatore. Ma la loro natura fisica è la stessa.

Come influenzano varie condizioni la rifrazione della luce e i cambiamenti nel colore strutturale sono abbastanza facili da osservare. Ad esempio, se un solvente con un indice di rifrazione diverso dall'aria viene lasciato cadere sull'ala di una farfalla (con un colore strutturale), il colore cambierà, secondo le leggi dell'interferenza. Pertanto, una goccia di acetone (indice di rifrazione 1,38, aria - 1,0) cambia il colore dell'ala dal blu al verde. Dopo che l'acetone è evaporato, il colore ritorna. Se l'acetone viene sostituito con un solvente con un indice di rifrazione di 1,56, vicino alla cuticola (questo è uno strato denso sulla superficie delle squame), quindi tutti gli strati della scala formano un sistema ottico omogeneo, l'interferenza scomparirà insieme a la colorazione strutturale: rimarrà visibile solo la melanina marrone.

Una caratteristica molto importante delle proprietà ottiche è il modo in cui è organizzata la struttura periodica (1D, 2D, 3D), cioè in quante direzioni può cambiare il flusso della luce incidente. Se in una o due direzioni è un reticolo di diffrazione, se in tre dimensioni è una struttura volumetrica o un cristallo fotonico. Se la periodicità è tridimensionale (3D), allora vediamo il colore indipendentemente dall'angolo di visione. Un classico esempio di cristallo fotonico è l'opale. Funziona come un filtro ottico e queste proprietà sono responsabili dei colori luminosi e colorati dell'opale che vediamo. In natura, strutture 3D simili sono state trovate nelle coperture chitinose degli scarafaggi e sulle ali delle farfalle africane a coda di rondine.

Esistono anche variazioni strutturali nel colore delle farfalle, chiamate “opale inverso”. Ciò significa che invece di sfere fitte, le ali delle farfalle hanno uno speciale reticolo (rete di cuticola) con fori riempiti d'aria. Naturalmente, tali strutture sono molto interessanti, anche per creare un nuovo tipo di cristallo fotonico artificiale. I cristalli fotonici artificiali sono ampiamente utilizzati nell'ottica, nella tecnologia laser e nella produzione di guide d'onda ed elettronica.

Le tecnologie naturali sono le più avanzate. È difficile ripeterli, ma a partire dagli anni '60 del XX secolo, la ricerca congiunta di biologi, zoologi, fisici, chimici e matematici ha iniziato a produrre risultati nella biomimetica teorica e pratica. Anche nel campo del colore iniziarono i primi tentativi di imitazione del colore strutturale. Naturalmente, tale tecnologia avrebbe i suoi vantaggi. In primo luogo, la sintesi dei coloranti è una produzione ad alta intensità energetica e a basso impatto ambientale. In secondo luogo, la vernice strutturale è resistente alla luce, a differenza della vernice tradizionale, che quasi sempre scolorisce nel tempo. Ma per ora, la colorazione strutturale è una nanotecnologia nuova e complessa con molti problemi irrisolti.

Ad esempio, è già stata descritta la tecnologia per produrre film con colorazione strutturale da una soluzione colloidale. Inizialmente, le pellicole risultanti erano bianche: la luce veniva diffusa in modo molto forte a causa di difetti nella struttura della pellicola cristallina. Ma poi hanno aggiunto particelle che assorbivano la luce diffusa ed è apparso un colore strutturalmente colorato. Colore blu film. A proposito, l'ala delle farfalle Morfo superidrofobo, in cui non è inferiore al loto, e anche questo film è stato reso idrofobo. La prospettiva di utilizzare un nuovo materiale sono le superfici verniciate autopulenti.

Nel 2009, un gruppo di ricerca dell'Università della California (San Diego) ha ottenuto nuovi materiali polimerici che cambiano colore sotto l'influenza di un campo magnetico. In un campo magnetico, le microsfere (nanoparticelle di ossido di ferro) aggiunte al polimero sono orientate in un certo modo e formano un cristallo fotonico che produce colore. Le possibili applicazioni di questa tecnologia includono display, carta cancellabile riutilizzabile e sicurezza carte preziose, pigmenti ecologici, vernici, cosmetici, inchiostri da stampa, ecc.

Si possono trovare esempi di biomimetica accidentale nella produzione tessile. Pertanto, una certa periodicità nella struttura superficiale delle fibre sintetiche porta a interessanti effetti cromatici e tattili. Questo tessuto è stato prodotto in Giappone - si chiama " shingosen"(che letteralmente significa “nuova fibra sintetica” ed è in consonanza con il nome della famosa raccolta di poesie medievali giapponesi). Sono apparse nuove fibre con geometria superficiale nanostrutturata. La speciale tecnologia di filatura, le condizioni di pressatura di una soluzione fusa o polimerica attraverso gli stampi e la deposizione non solo danno una maggiore densità delle fibre, ma formano anche una struttura periodica sulla loro superficie. A causa dell'interferenza e della dispersione della luce, tali fibre sono colorate in modo brillante e iridescente, come le ali delle farfalle. Inoltre, tale struttura superficiale migliora la bagnabilità delle fibre sintetiche idrofobiche.

I produttori tessili offrono anche fibre "microcratere", la cui superficie è ricoperta da depressioni con un diametro di diverse centinaia di nanometri. Diffondono bene la luce incidente, il che approfondisce il colore. Questo principio è utilizzato in natura da molti insetti neri.

Finora la natura affronta molti compiti meglio degli esseri umani. Ma le persone stanno gradualmente imparando a fare cose sempre più complesse, quindi forse domani la produzione di tessuti del colore dell'ala di una farfalla tropicale o della madreperla marina diventeranno tecnologie ordinarie.

Morfologicamente Lepidotteri (farfalle) costituiscono un gruppo abbastanza compatto di insetti alati. L'intero corpo e 4 ali sono densamente ricoperti di squame e parzialmente di peli. La testa ha grandi occhi sfaccettati, palpi labiali ben sviluppati e una lunga proboscide succhiante contorta a spirale situata tra di loro. Solo nelle falene dentate (Micropterigidae) apparato orale tipo rosicchiante. Le antenne sono ben sviluppate, dalla struttura più varia: da filiforme a piumata o a forma di clava.

Le ali sono generalmente larghe, triangolari, meno spesso strette o addirittura lanceolate. Molto spesso, le ali anteriori sono leggermente più larghe delle ali posteriori, ma a volte (ad esempio, nelle specie della famiglia Crambidi) si osservano rapporti inversi: le ali posteriori sono molto più larghe delle strette ali anteriori. Nei lepidotteri inferiori ( Micropterigidae, Eriocraniidae, Hepialidae) entrambe le paia di ali sono approssimativamente identiche per forma e dimensione.

Le ali anteriori e posteriori sono fissate tra loro con uno speciale dispositivo di aggancio. Il più comune è il tipo frenato di accoppiamento alare. In questo caso la trazione si ottiene utilizzando il frenulo (frenulo) e il retinanulo (attacco). Il frenulo è rappresentato da una o più setole robuste alla base dell'ala posteriore, e la punta è una fila di setole o un'escrescenza curva alla base dell'ala anteriore. In alcuni gruppi, l'apparato di accoppiamento frenico scompare (ad esempio, nei lepidotteri del club - Ropaloceri e falene di bozzolo - Lasiocampidae), ed il collegamento delle ali si ottiene sovrapponendo l'ala anteriore alla base estesa dell'ala posteriore. Questo tipo di accoppiamento alare è detto aplessiforme.

La venatura delle ali dei lepidotteri è caratterizzata da una significativa riduzione delle vene trasversali e da una ramificazione insignificante dei tronchi longitudinali principali. All'interno dell'ordine si distinguono 2 tipi di venatura delle ali.

Le scaglie sulle ali sono di colore diverso e spesso formano un disegno piuttosto complesso. Si osserva spesso una colorazione strutturale (macchie con una lucentezza metallica). Lungo i bordi esterno e posteriore delle ali è presente una frangia composta da diverse file di scaglie e peli.

IN regione toracica il mesotorace è il più sviluppato). Il protorace ai lati del tergite reca appendici lobate - patagia. Nel mesotorace formazioni simili si trovano sopra la base delle ali anteriori e sono chiamate tegole. Le gambe corrono, spesso con speroni sugli stinchi. In alcuni lepidotteri le zampe anteriori sono fortemente ridotte, nascoste tra i peli, e le farfalle si muovono su quattro zampe.

Lepidotteri diurni, in formazione gruppo naturale I Ropaloceri, quando sono a riposo, sollevano e ripiegano le ali sul dorso. Nella maggior parte delle altre farfalle, entrambe le paia di ali sono retratte, piegate ed estese lungo l'addome; solo alcune falene ( Geometridi) e occhi di pavone ( Attacidi) non piegare le ali, ma tenerle aperte ai lati.

L'addome è composto da 9 segmenti. L'ultimo segmento è nettamente modificato, soprattutto nei maschi, nei quali costituisce l'apparato copulatore. Le caratteristiche strutturali dell'apparato copulatore sono ampiamente utilizzate nella tassonomia, consentendo di distinguere chiaramente anche specie strettamente imparentate. Nelle femmine gli ultimi segmenti addominali (solitamente dal settimo al nono) si trasformano in un ovopositore molle telescopico. Nella maggior parte dei casi sistema riproduttivo Nelle farfalle femmine si apre verso l'esterno con due aperture genitali. Uno di essi, terminale, serve solo per deporre le uova, il secondo, situato alla fine del settimo segmento o all'ottavo segmento, è un'apertura copulatrice. Questo tipo di sistema riproduttivo è chiamato ditrisico ed è caratteristico della maggior parte dei lepidotteri. Tuttavia, nelle famiglie arcaiche ( Micropterigidae, Eriocraniidae ecc.) il sistema riproduttivo è costruito secondo il cosiddetto tipo monotrisico, in cui è presente una sola apertura genitale. E infine, in famiglia Hepialidae, sebbene siano sviluppate due aperture genitali, entrambe occupano una posizione terminale.

Una caratteristica delle farfalle è lo sviluppo in molte di loro di adattamenti criptici che garantiscono la loro protezione dai predatori. Motivi complessi sulle ali imitano i singoli elementi ambiente. Quindi, alcuni scoop ( Nootuidae), seduto sui tronchi degli alberi durante il giorno, le ali anteriori sono simili per colore e disegno ai licheni. Le ali posteriori, coperte superiormente dalle ali anteriori, non sono visibili e non presentano uno schema complesso. Lo stesso si osserva nelle falene dendrofile ( Geometridi), in cui l'immagine della struttura corticale è spesso riprodotta sulle ali anteriori. Alcuni ninfalidi ( Ninfalidi) quando le ali sono piegate, la loro parte inferiore risulta essere esterna. È da questo lato che molti di loro sono dipinti nei toni del marrone scuro, che, combinato con il contorno robusto delle ali, crea l'illusione completa della foglia secca dell'anno scorso.

Spesso, parallelamente alla colorazione criptica, le farfalle hanno motivi con punti luminosi e accattivanti. Quasi tutti i ninfalidi che presentano un motivo criptico sulla parte inferiore delle ali sono colorati in modo estremamente impressionante sulla parte superiore. I colori vivaci multicolori sono usati dalle farfalle per riconoscere gli individui della loro specie. Nelle falene pezzate ( Zygaenidae), che hanno emolinfa velenosa, il colore brillante e contrastante delle ali e dell'addome svolge un'altra funzione di segnalazione, indicando la loro immangiabilità per i predatori. Alcuni lepidotteri diurni mostrano una notevole somiglianza esterna con insetti ben difesi, come gli imenotteri urticanti. Nelle teche di vetro ( Sesiidi) tale somiglianza è ottenuta dal colore dell'addome e dalla trasparenza delle ali strette, sulle quali le squame sono quasi del tutto ridotte.

La principale fonte di cibo per le farfalle è il nettare. Volando di fiore in fiore durante l'alimentazione, le farfalle, insieme a ditteri, imenotteri e coleotteri, partecipano attivamente all'impollinazione delle piante. È interessante notare che le farfalle, avendo una proboscide piuttosto lunga, visitano i fiori non solo con fonti di nettare aperte, ma anche con nettare profondamente nascosto negli speroni dei fiori o sul fondo della corolla tubolare e, di conseguenza, inaccessibile ad altri insetti . A causa della loro morfologia, i fiori di molti garofani e orchidee possono essere impollinati solo dai lepidotteri. Alcune orchidee tropicali hanno adattamenti speciali per l'impollinazione dei fiori da parte dei lepidotteri.

Oltre al nettare, molte farfalle assorbono volentieri la linfa che scorre da alberi o frutti feriti. In una calda giornata estiva si possono osservare grandi concentrazioni di falene bianche ( Pieridi) vicino alle pozzanghere. Qui volano anche altri lepidotteri, attratti dall'acqua. Molte farfalle diurne si nutrono spesso degli escrementi dei vertebrati. In ogni caso, l'afagia si verifica nelle più diverse famiglie di lepidotteri: le farfalle non si nutrono e la loro proboscide è ridotta. Tra gli insetti con trasformazione completa, i lepidotteri sono l'unico grande gruppo in cui si osserva così spesso la transizione all'afagia.

La maggior parte dei lepidotteri sono notturni e solo alcuni gruppi sono attivi durante il giorno. Tra questi ultimi il primo posto spetta ai Clubbills, o lepidotteri diurni (Rhopalocera), gruppo estremamente abbondantemente rappresentato ai tropici. Uno stile di vita diurno è caratteristico anche dei parassiti dai colori vivaci ( Zygaenidae) e vetreria ( Sesiidi). Tra le altre famiglie di lepidotteri della fauna paleartica si ritrovano sporadicamente specie ad attività diurna. Alcune palline ( Noctuidae), falene ( Geometridi), falene ( Piralidi), rulli fogliari ( Tortricidae) sono attivi 24 ore su 24, ma durante il giorno queste farfalle sono spesso attive con tempo nuvoloso o in luoghi ombreggiati.

I lepidotteri sono insetti con dimorfismo sessuale chiaramente definito, che si manifesta nella struttura delle antenne e dell'apparato di accoppiamento delle ali, nella natura del disegno delle ali e nel grado di pubescenza dell'addome. Il dimorfismo sessuale più evidente nel modello delle ali si osserva sia nei lepidotteri diurni che notturni. Un esempio lampante Le differenze sessuali possono essere dovute alla colorazione delle ali della falena zingara ( Ocneria dispar L.). Le femmine di questa specie sono grandi, con ali chiare, quasi bianche; differiscono nettamente dai maschi piccoli e snelli con complessi modello marrone sulle ali. Le antenne delle femmine di falena zingara sono debolmente pettinate, mentre quelle dei maschi sono fortemente pettinate. Il dimorfismo sessuale nel colore delle ali può essere espresso nella parte ultravioletta dello spettro ed è invisibile all'occhio umano. Quindi, farfalle di biancospino completamente identiche ( Aporia crataegi L.) sono in realtà dimorfici e i maschi differiscono dalle femmine nei loro modelli ultravioletti.

Un'espressione estrema del dimorfismo sessuale possono essere i vermi ( Psychidae), alcune falene ( Geometridi), alcuni tipi di tarme ( Lymantriidae) e rulli fogliari ( Tortricidae), in cui le femmine, a differenza dei maschi, non hanno le ali, né hanno i loro rudimenti. Le femmine di molti lepidotteri secernono sostanze odorose (feromoni), i cui odori vengono rilevati dai maschi dotati di recettori olfattivi. La sensibilità dei recettori è piuttosto elevata e i maschi rilevano l'odore di una femmina da una distanza di diverse decine e talvolta centinaia di metri.

Strutture fotoniche delle farfalle

Alcune farfalle, come la farfalla Morpho menelaus di Sud America e il maschio della farfalla Ulysses Swallowtail, originaria dell'Australia settentrionale, sono noti per la loro straordinaria colorazione iridescente. Nel 2001, Pete Vukusik dell'Università di Exeter scoprì che la colorazione azzurra delle farfalle è dovuta al interferenza ottica . Le scaglie sulle ali hanno più strati che riflettono le onde luminose in modo che percorrano distanze diverse. Il fatto è che a determinate lunghezze d'onda, la luce riflessa dalle superfici superiore e inferiore percorrerà una distanza pari al numero totale di onde, in modo che le sommità delle onde coincidano con le sommità di altre onde (Fig. 1). È chiamato amplificando le interferenze, grazie al quale questo colore (il blu di questa farfalla) diventa molto più luminoso e puro.

Anche i singoli reticoli di diffrazione sono difficili da spiegare utilizzando la catena di stadi graduali di sviluppo di Darwin. Ma la formazione dei reticoli a doppia diffrazione non può essere spiegata affatto.

Pertanto, questi colori sorprendenti non sono creati dai pigmenti, ma dalle scaglie che si formano reticolo di diffrazione. Le squame sono solchi o cavità equidistanti che separano la luce bianca in tutte le sue componenti cromatiche, ma con una certa angolazione. L'attenuazione dell'interferenza distrugge tutti i colori tranne il colore desiderato, che è intenso a causa di amplificando le interferenze. Queste scale sono chiamate " strutture fotoniche submicrometriche”, perché possono influenzare le onde luminose. Il colore nero intenso che adorna i bordi delle ali di una farfalla non è il risultato del pigmento nero, ma di strutture fotoniche che catturano la luce.

Questa scoperta ha contribuito a creare rivestimenti altamente efficaci chiamati “Super Black”. In futuro, potrebbe essere utilizzato anche per creare altri tipi di rivestimenti dai colori sorprendenti, ma senza i rifiuti chimici generati durante la produzione di pigmenti e coloranti. Inoltre, questo è un altro esempio biomimetica, quando le tecnologie umane imitano le meraviglie della natura, sebbene in realtà prendano lezioni dal Creatore stesso di questa natura.

Doppie grate

Uno studio recente lo ha dimostrato sulle ali dorsali delle farfalle Lamprolenis nitida Ci sono due reticoli di diffrazione concentranti sparsi tra i fiocchi, che emettono due segnali di colore principali.

Questa è stata una nuova scoperta, perché... “Al momento non è noto che gli animali esibiscano più segnali indipendenti provenienti da strutture fotoniche separate all’interno dello stesso meccanismo submicrometrico”.. Le squame formano uno schema di creste e solchi trasversali che si ripetono a due intervalli diversi e quindi danno segnali diversi.

I ricercatori dicono: “Segnali multipli aumentano la complessità e la specificità della firma ottica, migliorando così le informazioni trasmesse. Ciò può essere particolarmente importante durante gli scontri intrasessuali, in cui i colori iridescenti delle ali del maschio vengono utilizzati per dimostrare minaccia.". La ricerca mostra che i maschi producono segnali forti anche nelle foreste scarsamente illuminate in cui vivono e dove la luce solare non penetra regolarmente nella chioma degli alberi. Inoltre, aiutano le femmine a trovare il tipo giusto in un ambiente che contiene molte altre specie.

Da dove provengono queste strutture?

Sorprendentemente, i ricercatori non hanno suggerito teoria evolutiva per spiegazione origine queste strutture. Si sono basati sui fatti e hanno suggerito possibili usi di queste strutture. In effetti, anche i singoli reticoli di diffrazione sono difficili da spiegare in termini di una catena darwiniana di stadi graduali di sviluppo, in cui ogni stadio successivo ha un vantaggio rispetto al precedente. E la formazione dei reticoli a doppia diffrazione è ancora più difficile da spiegare. Questo è vero, poiché la maggior parte delle farfalle se la cava bene senza queste barre e le farfalle di vetro non hanno affatto bisogno di squame. È quindi illogico ipotizzare una pressione selettiva. Notiamo che la “teoria della selezione sessuale” di Darwin non è in grado di spiegare il motivo per cui, in effetti, Darwin l’ha proposta. Prova di ciò è la famosa coda di pavone.

come la luce viene riflessa dalle diverse superfici. Il colore azzurro delle farfalle è dovuto all'interferenza ottica, che è la prova oggettiva della Creazione intelligente.

Più biomimetica

I ricercatori sostengono che la tecnologia umana avanzata trarrebbe vantaggio dalla copia di questo progetto:

"Reticoli a doppia farfalla Lamprolenis nitida aiuterebbe a risolvere un problema con gli spettrometri, cioè che la gamma funzionale del loro reticolo è limitata, così che quando viene raggiunto il limite spettrale, il reticolo deve essere cambiato meccanicamente per le misurazioni successive. L’installazione di due griglie su una superficie autoregolante separata potrebbe risolvere il problema”.

Basandosi sul fatto che la vera scienza funziona secondo analogie, in tutta onestà, va notato che se le nostre diffrazioni suggeriscono un design intelligente, allora un reticolo di diffrazione migliorato indica tanto più obbiettivo segni di intenzione.

Molti insetti sono di colore modesto e quindi difficilmente visibili. Altri mostrano un'intensità e una varietà di colori sorprendenti, difficili da eguagliare in natura. Ad esempio, le ali delle grandi farfalle tropicali del genere Morfo brillano come metallo blu lucido. Lampeggianti al sole, da lontano possono essere scambiati per i segnali luminosi di un aereo e al crepuscolo per lo scintillio delle stelle.

Lo scopo della colorazione è vario. Distinguere tra luminoso, vistoso aposematico colorazione che avverte i potenziali nemici della possibile tossicità della vittima. Al contrario, ci sono esempi criptico, in armonia con lo sfondo e il colore di mascheramento. I colori caratteristici spesso consentono di identificare individui della propria specie e partner sessuali. Non meno significativa è l’importanza del colore per la termoregolazione.

Quando si combinano colori contrastanti, si forma un motivo del corpo, solitamente costituito da singoli punti e strisce. È chiaro che il colore del corpo e il suo disegno sono determinati da normali effetti ottici. Nella colorazione dei pigmenti, alcuni coloranti assorbono o riflettono le onde luminose di una certa gamma. Strutturale la colorazione non richiede affatto pigmenti. Si verifica sulla base della diffusione dei raggi luminosi, della loro interferenza o, in casi più rari, della diffrazione da parte delle strutture più fini della cuticola. Tuttavia, in combinazione con la colorazione dei pigmenti, può intensificarsi bruscamente e differire in manifestazioni del tutto inaspettate.

A seconda della posizione dei pigmenti, molto persistente cuticolare colorazione, conservata anche nelle impronte di insetti fossili, meno duratura ipodermico, i cui coloranti sono concentrati nelle cellule dell'ipoderma, e infine subipodermico, cioè il colore del grasso corporeo, dell'emolinfa o del contenuto intestinale visibile attraverso le coperture trasparenti. Secondo criteri formali, tutti i pigmenti del corpo degli insetti sono suddivisi in privo di azoto, solitamente preso in prestito dalle piante dai fitofagi, e contenenti azoto, sintetizzato dagli insetti stessi. Le eccezioni sono alcuni afidi subipodermici privi di azoto, sconosciuti nelle piante, e pigmenti tetrapirrolici contenenti azoto, la cui sintesi è strettamente correlata al metabolismo della clorofilla assorbita.

I pigmenti più comuni e diffusi negli insetti e negli animali di altri gruppi sono le melanine. Formati da anelli indolici o chinonici polimerizzati, si depositano solitamente nell'esocuticola, conferendole un colore scuro, particolarmente intenso nelle zone di aumentata sclerotizzazione. Tuttavia, l'insetto stecco Carausius morosus Вr. granuli di questo pigmento riempiono le cellule dell'ipoderma e, muovendosi al loro interno, contribuiscono ai cambiamenti del colore del corpo e alla termoregolazione. Si ritiene che la formazione e la successiva deposizione di melanine nella cuticola periodicamente liberata alleggerisca il corpo dai composti fenolici tossici prodotti durante la sclerotizzazione del tegumento.

A differenza delle melanine, i carotenoidi sono pigmenti vegetali comuni e vengono percepiti dagli insetti che se ne nutrono. Rappresentando idrocarburi insaturi ad alto peso molecolare, i carotenoidi solitamente si legano alle proteine ​​e forniscono una varietà di colori dal tegumento giallastro delle locuste mature del deserto ( Schistocerca gregaria Forsk.) al rosso brillante coccinelle (Coccinellidi) e insetti rossi ( Pirrocoridi). In combinazione con la mesobiliverdina blu del gruppo dei pigmenti tetrapirrolici conferiscono il colore verde al tegumento di molti ortotteri.

Quando si nutrono dello scarabeo della patata del Colorado ( Leptinotarsa ​​decemlineata Say.) sulle patate, i carotenoidi passano nella sua emolinfa e si depositano nelle elitre. Un insetto predatore lo attacca Perilius bioculatus Sauss, succhiando l'emolinfa colorata della vittima, acquisisce il colore giallo e rosso del proprio tegumento. Colori simili di alcuni emitteri e farfalle di calendula ( Satiriadi) sono determinati dai flavonoidi, anch'essi presi in prestito dalle piante. Negli omotteri si notano antracoinoni e atene simili, che, a quanto pare, non si trovano in nessun altro. Queste sostanze sono molto diffuse nel mondo vegetale, ma gli insetti le sintetizzano autonomamente, seppur a partire dagli stessi prodotti di partenza. Alcuni pigmenti di questo tipo emettono fluorescenza alla luce ultravioletta e sono stati utilizzati dall'uomo fin dall'antichità. In particolare, l'acido carminico prodotto dalla cocciniglia non sbiadisce per secoli, e le miniature medievali dipinte con esso conservano ancora la loro originaria luminosità e ricchezza di colori.

Le pterine, comuni nei lepidotteri e negli imenotteri, sono composti eterociclici della pteridina arricchiti di azoto e determinano la colorazione gialla, bianca o rossa di questi insetti. Essendo i prodotti finali del metabolismo, non sono tuttavia correlati all'acido urico, come si credeva in precedenza. Spesso sono concentrati negli occhi dell'insetto e sono fluorescenti, ma i pigmenti isolati dal corpo della Drosophila hanno un colore blu, insolito per i composti di questo gruppo.

Gli ommocromi sono sintetizzati dall'amminoacido triptofano con la partecipazione del DOPA. Concentrati nel tegumento e negli occhi sfaccettati di molti insetti, conferiscono agli occhi un colore marrone, giallo o rosso. Ali luminose di farfalle ninfali e colorazione rosa a questi pigmenti sono associati i corpi degli stadi di sviluppo preimmaginali della locusta del deserto.

I composti tetrapirrolici legati ai pigmenti sono inclusi anche nella composizione della clorofilla, dell'emoglobina e dei citocromi. Apparentemente sono sintetizzati dalla glicina. Uno dei pigmenti di questo gruppo, la biliverdina, determina il colore verde del tegumento delle mantidi, di alcune locuste e degli insetti stecco. Capace di ossidarsi e ridursi facilmente, fornisce un cambiamento adattivo nel colore del loro corpo.

L'intensità, la varietà, la variabilità e l'iridescenza del loro colore sono associate agli effetti ottici di diffusione, interferenza e diffrazione delle onde luminose sulle strutture fini della superficie del corpo degli insetti. In questo caso, se le strutture otticamente attive della cuticola sono relativamente grandi rispetto alla lunghezza d'onda della luce e sono distribuite in modo irregolare, appaiono colori bianco neve. Se le distanze tra strutture regolarmente distanziate sono paragonabili alla lunghezza d'onda della luce, si verifica un'interferenza, che porta ad un'intensificazione di alcuni colori che cambiano al variare degli angoli di visione.

Le ali più sottili e trasparenti delle merletti e delle piccole effimere brillano di tutti i colori dell'arcobaleno, intensificandosi se viste su uno sfondo nero. Particolarmente impressionante è la colorazione per interferenza delle scale ottiche delle ali delle farfalle tropicali. Urania. La loro base nera risplende di una luce verde brillante, alla quale si aggiungono riflessi giallo dorato, rosso, blu, viola e viola. Dispersi tra scaglie otticamente neutre, conferiscono alle ali nel loro insieme una caratteristica iridescenza verde zigrino.

Effetti ottici simili si verificano sulle ali di molti macaoni e uccelli azzurri. Nelle farfalle sudamericane del genere Morpho e in molti ninfalidi tropicali, il colore delle ali è dominato da toni blu e ciano intensi, su cui brillano ampie onde verde brillante e blu. Di diversa natura sono le macchie blu sulle ali di alcune farfalle e la colorazione iridescente del tegumento di alcuni coleotteri. Questo colore si forma sui reticoli di diffrazione più fini delle strutture cuticolari e si conserva anche sulle impronte artificiali della superficie realizzate in collodio. La lucentezza argentata delle ali delle diffuse farfalle perlifere è determinata da complesse combinazioni di colore dei pigmenti con risultati di fenomeni di interferenza e diffrazione. In generale, la colorazione di diffrazione sembra essere rara nel mondo degli insetti, e quasi tutti i colori metallici e lucenti del corpo degli scarabei piralidi e degli scarabei fogliari sono dovuti all'interferenza potenziata da una base di pigmento scuro.

Spesso i colori contrastanti della vernice formano un motivo. Sulle ali di una farfalla di madreperla, gli elementi del motivo - macchie di melanina scura su sfondo giallo - rimangono bianchi quando la sintesi della melanina viene interrotta. Di conseguenza, a parità di fantasia, il colore potrebbe essere diverso.

I motivi sulle ali delle farfalle sono particolarmente complessi e stravaganti; Il modello del tegumento dei coleotteri è molto meno sviluppato, il che non è correlato alla colorazione (dopotutto, molti coleotteri e trivellatori dai colori vivaci non hanno alcun motivo). Tra gli altri insetti, il modello si trova negli ortotteri, negli insetti, nelle mosche caddis, negli scorpioni e nelle cicale.

Nonostante la diversità e la variabilità dei singoli componenti del modello alare, ad esempio nelle farfalle ninfali, si può distinguere schema generale e prototipo. Secondo B.N Shvanvich, il prototipo del modello è costituito da cinque sistemi di strisce trasversali (Fig. 72): i primi tre stretti esterni lungo il bordo dell'ala; la seconda, che segue, è costituita da macchie ocellate con pupille; il terzo: due strisce discali vicino alla cellula discale dell'ala e la striscia basale alla base; il quarto: due strisce mediali o mediane; il quinto sistema è terra d'ombra (ombre) con contorni sfocati che riempiono gli spazi tra le strisce trasversali.

Figura 72. Prototipo del disegno alare delle farfalle della famiglia dei ninfalidi ( UN) e barche a vela ( B) (secondo Shvanvich, 1949):

l'ex- esterni; accidenti. P- macchie oculari; miele, base, dis- strisce mediali, basali e discali, rispettivamente; mente- terra d'ombra

Le trasformazioni di questo prototipo generale si riducono alla perdita o al rafforzamento di singole parti del modello, alla flessione e allo spostamento delle strisce, alla formazione di complessi, allo scambio di posti e alla sovrapposizione di alcune strisce l'una sull'altra. Risulta che la seconda esterna è la meno costante, e la terza è la più costante; Del sistema di macchie ocellate, la seconda macchia dell’ala posteriore e la quinta macchia dell’ala anteriore sono particolarmente forti, e le macchie ocellate sono particolarmente “attive”. Avvicinandosi, ma non toccando, altri elementi del disegno, li fanno spostare e piegare. Nel sistema delle strisce discali, la prima è nettamente limitata all'esterno e vaga sul bordo interno, mentre la seconda, al contrario, è sfumata all'esterno e ha un contorno netto all'interno.

È significativo che le trasformazioni del modello identificate siano registrate in diversi gruppi di lepidotteri che non sono direttamente correlati tra loro. In queste tendenze parallele, è ovvio che ci sono alcuni modelli generali di cambiamento dei modelli che ci sono noti solo parzialmente.

Il significato funzionale e adattivo di determinati colori e motivi, nonché l'opportunità biologica delle loro trasformazioni, non sono sempre chiari. Con una certezza leggermente maggiore possiamo giudicare il significato di stagionale e cambiamenti legati all’età: irreversibile, associato alla sintesi, accumulo e decadimento dei pigmenti e reversibile, causato dallo spostamento dei granuli di pigmento o di speciali cellule del pigmento - melanofori.

L'adattamento cromatico degli Ortotteri che vivono qui Savana africana. Dopo i frequenti incendi qui, le coperture degli insetti si scuriscono nel giro di pochi giorni, avvicinandosi di colore allo sfondo prevalente di erba bruciata e arbusti. Il significato adattivo di questi cambiamenti di colore è ovvio.

Meno evidente è il cambiamento regolare di colore delle diffuse farfalle di mirtillo o degli insetti da giardino. Nel primo caso, ad esempio, le forme primaverili e autunnali Lycoenaphylaens daimio Hb., si distinguono per uno sfondo arancione brillante delle ali e le forme estive sono relativamente scure.

Bug svernanti Eurydema ornatum L. avere sul corpo punti neri su fondo più chiaro, che cambia colore nelle forme estive ed autunnali (Fig. 73). È interessante notare che estese macchie scure sull'addome dell'insetto Oncopeltus fasciatus L. si formano solo quando temperatura ambiente e scompaiono quando la temperatura aumenta fino a 25–27 °C. Dipingere gli occhi della puledra Oedipoda coerulescens L. la vernice opaca priva questi insetti della capacità di adattarsi al colore del terreno. È ovvio che gli stimoli esterni, agendo sui recettori e sui centri nervosi, attivano le ghiandole endocrine, che determinano la natura e il decorso della pigmentazione attraverso gli ormoni che secernono. I cambiamenti di colore sono possibili senza la partecipazione di stimoli esterni, come, ad esempio, nei bruchi delle farfalle arpie Cerura vinula L., diventando rosso prima della pupa. La deposizione di ommocromi osservata qui è solo un sottoprodotto dell'azione dell'ormone della muta.

Figura 73. Cambiamenti stagionali colorazione delle cimici Eurydema ornatum L. (secondo Shvanvich, 1949):

A B C D- colori rispettivamente autunno, inverno, primavera ed estate

Gli esempi forniti dimostrano gli adattamenti individuali, la capacità degli individui di cambiare il colore del corpo nel corso della vita. Questi cambiamenti sono una conseguenza indiretta della selezione, come nel melanismo industriale delle falene della betulla ( Biston betularia L.), tra cui il tasso di sopravvivenza delle forme più scure è significativamente più alto (del 30%) rispetto a quelle di colore chiaro. Questi ultimi sono molto più evidenti ai predatori su uno sfondo contaminato da fumo e fuliggine (Fig. 74).

Figura 74. Melanismo industriale della falena della betulla Biston betularia L. (secondo Farb, 1976)

La natura adattativa dei cambiamenti reversibili e relativamente rapidi nel colore del corpo degli insetti è più evidente. All'insetto stecco Carausius morosus Вr. le cellule ipodermiche includono granuli di quattro pigmenti: il verde e il giallo sono distribuiti uniformemente in tutto il citoplasma, e il marrone e l'arancione sono in grado di spostarsi alla base delle cellule, e quindi il corpo diventa più chiaro, o verso le loro sommità, e il corpo si scurisce . I movimenti dei granuli e i cambiamenti del colore del corpo sono determinati da molti stimoli: cambiamenti del colore di fondo, della temperatura, della pressione osmotica dell'emolinfa, dell'umidità, delle influenze meccaniche e delle percezioni visive - e allo stesso tempo sono soggetti a un ritmo circadiano: durante di giorno, l'insetto stecco è di colore più chiaro che di notte. Cambiamenti simili sono caratteristici di alcune mantidi religiose e, apparentemente, dei bruchi di farfalle. Aiutano a mimetizzare gli insetti che non sono in grado di autodifesa attiva.

Colpisce la somiglianza tra i bruchi delle falene e gli insetti stecco con rami secchi o l'insetto stecco errante delle foglie Phyllium e farfalle Callima con foglie di piante (Fig. 75). Questa somiglianza può ingannare un predatore dalla vista acuta.

Figura 75. Corpo di farfalla a forma di foglia Callima e insetti stecco Phyllium(secondo Shvanvich, 1949)

Molti insetti velenosi e aggressivi, che possono diventare vittime accidentali di predatori inesperti, sviluppano segni comuni che simboleggiano il pericolo. Questi includono coleotteri vescicanti dai colori vivaci, farfalle con emolinfa velenosa, vespe e api che mostrano una colorazione aposematica (minacciosa). Allo stesso tempo, questi insetti ben protetti diventano spesso modelli di ruolo, modelli originali per altre forme completamente commestibili e indifese. Avere un aspetto minaccioso aumenta naturalmente le loro possibilità di sopravvivenza, ma questo tipo di mimetismo, scoperto da Bates, presenta una limitazione significativa. Il fatto è che se gli imitatori diventano più numerosi dei loro modelli, questi ultimi verranno più spesso attaccati dai predatori che hanno già acquisito esperienza nel comunicare con forme spaventose ma non protette.

Particolarmente esempio interessante Il mimetismo batesiano è stato notato nella coda forcuta sudafricana ( Papilio dardano L.), i cui maschi e femmine di colore giallo si trovano solitamente nelle Isole Comore, in Madagascar e in Somalia. Tuttavia, in Etiopia e in altre regioni, le femmine di coda forcuta diventano simili a varie farfalle non commestibili della famiglia Danaidae, mentre i maschi rimangono invariati (Fig. 76). Pertanto, all'interno della gamma, i maschi monotoni sono in contrasto con molte femmine diverse che imitano modelli diversi e differiscono da loro solo per i processi appena evidenti, ma caratteristici delle barche a vela, delle ali posteriori. Quando tutte queste forme vengono incrociate, si osserva la consueta segregazione monoibrida, strettamente legata al sesso. Di conseguenza, ciascuna forma mimetica è controllata essenzialmente da un gene (supergene) localizzato sul cromosoma sessuale femminile. Considerando che le femmine originarie e non mimetiche vivono al confine dell'areale, la loro diversità può essere spiegata da una combinazione di selezione dirompente e trainante, ma che cambia costantemente la sua direzione.

Figura 76. Mimetismo Papilio Dardano(secondo Ehrlich, Holm, 1966):

UN- maschio; B- femmine di diverse forme mimetiche; IN- familiari che siano modelli

In conclusione, notiamo che tra la diversità delle forme di insetti c'è una certa costanza e unità associata alla comunanza della loro origine, stile di vita e condizioni di vita, nonché alla comunanza degli oggetti del sistema.

Ogni oggetto come sistema formato da un certo numero di elementi interagenti, secondo teoria generale i sistemi si formano a causa dei cambiamenti degli elementi stessi, o del loro numero e delle relazioni e connessioni esistenti tra loro, o di tutti questi cambiamenti. Non è difficile verificare che gli oggetti viventi vengono creati in natura in un insieme limitato di modi, corrispondenti al numero di combinazioni uniche di elementi, relazioni e numero di elementi.

La somiglianza sistemica degli oggetti considerati si esprime, ad esempio, nella sorprendente somiglianza delle branchie delle larve di effimere e libellule con i rudimenti delle ali, delle antenne articolate con i cerci e delle potenti pinze con mascelle. La somiglianza degli insetti o delle singole parti del loro corpo può essere genetica, convergente e sistemica.

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Tipi di pittura

La maggior parte degli insetti ha una colorazione molto modesta e quindi difficilmente si nota. Ma tra loro ci sono quelli che dimostrano un'incredibile intensità e varietà di colori, la cui analogia è quasi impossibile da trovare nella natura vivente, specialmente in molte di queste creature tra le specie tropicali. (foto)

Il colore degli insetti è legato alle caratteristiche della loro struttura o esoscheletro, e si divide in tre tipologie:

Colorazione dei pigmenti

La colorazione (chimica) dei pigmenti è dovuta alla presenza di speciali sostanze coloranti nel tegumento: i pigmenti. È inerente alla maggior parte degli insetti ed è caratterizzato da un'ampia varietà di colori possibili, forniti dalla presenza di determinati pigmenti e, più spesso, dalle loro combinazioni. Questo colore può essere abbastanza brillante, però in ogni caso è opaco, cioè non dona lucentezza con iridescenze.

I coloranti possono essere localizzati non solo negli strati superficiali della parete esterna del corpo, ma anche più profondi. A seconda della posizione dei pigmenti, si distinguono diversi tipi di colorazione:

Pigmenti

Il colore del corpo degli insetti è formato da diversi gruppi di pigmenti.

Melanine

Avere significato generale e si trovano nella maggior parte delle specie; Queste sostanze sono strutturalmente simili alla melanina presente nella pelle e nei capelli umani, ma la loro struttura esatta non è completamente compresa. Si tratta di un ampio gruppo di composti chimici che solitamente si depositano negli strati superficiali. Lo spettro cromatico principale delle melanine parte dal beige chiaro e dall'ocra e termina con il marrone scuro e il nero, in alcuni casi anche i colori rossi hanno un'origine simile.

I pigmenti di questo gruppo, di regola, sono distribuiti uniformemente nella sostanza, quindi i luoghi in cui l'esoscheletro è ispessito e compattato contengono più melanina e diventano più scuri. Pertanto, i segmenti appaiono spesso più scuri, più sottili e quelli potenti hanno spesso un colore più saturo rispetto al resto delle parti.

Moltissimi insetti sono quasi esclusivamente colorati di melanina, ad esempio molte farfalle e mosche, ecc. Usando il loro esempio, puoi vedere che per le prime ore dopo ogni nascita, il colore del loro corpo rimane chiaro. Affinché si scurisca, il pigmento deve entrare in contatto con l'aria. Se blocchi per qualche tempo l'accesso all'ossigeno dell'insetto, il suo colore rimarrà quasi bianco.

Pigmenti purinici

Strutturalmente queste sostanze sono derivati ​​dell'acido urico; possono conferire al corpo dell'insetto i colori bianco, giallo e arancio. La presenza di questi pigmenti è stata riscontrata in alcuni insetti. Farfalle bianche, corpi di vespe, ecc. Hanno una colorazione simile.

Carotenoidi

Danno colori e caratteri rossi, gialli, arancioni, ad esempio, allo scarabeo della patata del Colorado. Mentre si nutrono di foglie di patata, il carotene in esse contenuto (un precursore della vitamina A) viene trattenuto nell'organismo e depositato negli organi e (foto) Queste sostanze appartengono ai cosiddetti pigmenti presi in prestito, poiché sono formati da componenti del cibo in entrata. Il colore di un insetto il cui corpo è colorato con tali pigmenti può cambiare se si riduce il contenuto di pigmenti naturali nella sua dieta.

Pigmenti flavonici

Producono approssimativamente la stessa gamma di colori dei carotenoidi; trovato nel corpo degli insetti Coreidae e delle farfalle gialle Melanargia. Simili ai carotenoidi, sono presi in prestito, originari di prodotti vegetali, colorati di giallo e arancione.

Antociani

Hanno un colore lilla, viola e sono caratteristici dei tonchi e delle seghe. I pigmenti antocianici sono presenti nel corpo di quegli insetti che mangiano piante bordeaux, viola, ad esempio, cavolfiore, melanzane, petali e stami di alcuni fiori, uva rossa, more, ecc.

Pigmenti simili alla clorofilla

Fornisce una colorazione del corpo verde. Poiché questo colore si trova più spesso nelle specie erbivore (ad esempio le cavallette), è stato ripetutamente suggerito che tali pigmenti provengano dal cibo che mangiano. La localizzazione di queste sostanze può essere molto diversa. Ad esempio, si trovano nella coda di rondine, nel sangue di alcuni bruchi e nella falena delle foglie di Phyllium.

Per molto tempo la questione della somiglianza dei pigmenti simili alla clorofilla con la clorofilla vegetale è rimasta controversa. Chimicamente avevano molto in comune, ma il fatto non era chiaro perché non solo le specie erbivore, ma anche alcuni predatori che non ricevono clorofilla, abbiano anche un colore verde. Successivamente è stato dimostrato che in quest'ultimo questo colore è dovuto alla presenza nel corpo non della clorofilla, ma della biliverdina - il suo "lontano parente", con la quale ha un precursore comune - la molecola di glicina.

Pigmenti simili all'emoglobina

Sono di colore rosso, disciolti nel sangue e la loro struttura ricorda l'emoglobina degli animali a sangue caldo. A causa della sua presenza, le zanzare chironomidi hanno un colore rosato.

Pteridine

Sono pigmenti fluorescenti presenti negli occhi e in altri tessuti. In alcuni casi, la colorazione bianca, gialla, arancione e rossa degli insetti è creata da queste sostanze.

Ommocromi

Pigmenti fotoprotettori localizzati nelle cellule adiacenti alle cellule fotosensibili degli ommatidi degli occhi composti degli insetti. A causa della presenza di ommocromi, gli occhi degli insetti possono essere rossi, gialli e colori marroni. Gli ommocromi si trovano anche in molti altri tessuti di insetti, ad esempio nelle farfalle, sono escrementi e allo stesso tempo pigmenti.

Oltre a quelli elencati, esistono altri pigmenti più o meno comuni negli insetti.

Colorazione strutturale

La colorazione strutturale, o fisica, è dovuta alla speciale struttura della chitina, che crea l'opportunità per il verificarsi di determinati effetti ottici. Il colore del corpo dell'insetto, causato da fenomeni fisici, non è associato alla presenza di pigmenti, sebbene possano svolgere un ruolo aggiuntivo, introducendo le proprie sfumature nella percezione complessiva del colore. Come risultato della presenza di particelle riflettenti e rifrangenti, si verificano fenomeni di diffusione, interferenza e riflessione, che scompongono la luce bianca in raggi di diversi spettri. Pertanto, il colore fisico può essere qualsiasi cosa. Suo tratto caratteristicoè che ha sempre una caratteristica lucentezza metallica.

A seconda del fenomeno fisico predominante, la colorazione ottica può essere divisa in due tipi: interferenza e diffrazione.

Colorazione per interferenza

grazie alla speciale disposizione delle strutture otticamente attive. Se sono di dimensioni piuttosto grandi e distribuite irregolarmente sulla superficie, il colore che acquisisce il corpo dell’insetto viene percepito come un bianco perlescente come la neve. Nello stesso caso, quando le formazioni attive alla luce sono disposte in un certo ordine (regolarmente) e le distanze tra loro sono paragonabili alla lunghezza d'onda per un determinato spettro, si verifica il fenomeno dell'interferenza. Di conseguenza, viene esaltato un certo colore, che cambia e luccica quando cambia l'angolo di visione.

Questa colorazione è caratteristica di molti insetti: macaoni, uccelli azzurri, piccole effimere e merletti. Tuttavia, uno degli esempi più rappresentativi sono le farfalle tropicali Urania. Hanno un motivo speciale: macchie e strisce verde-blu su uno sfondo scuro che, se sventolate, brillano di tutti i colori dell'arcobaleno. (foto)

Colorazione di diffrazione

, trovato in alcune farfalle e in numerosi coleotteri (coleotteri macinati, ecc.), appare su sottili reticoli di diffrazione e si conserva anche su calchi colloidali dalla superficie del corpo. Nascono così tanti colori metallici o cangianti di coleotteri, farfalle notturne e diurne.

Un esempio di tale colorazione sono le farfalle tropicali del genere Morpho e molti altri rappresentanti dei ninfalidi tropicali. L'esame al microscopio elettronico ha rivelato che ciascuna nervatura era composta da molti gruppi di piastre parallele, estremamente sottili e perforate. I dati ottenuti dallo studio suggeriscono che le nervature più semplici producono una colorazione non metallica, e solo le nervature complesse producono l’abbagliante colorazione iridescente per cui queste farfalle sono famose.

Colorazione combinata o mista

Molto spesso, il colore reale di un insetto è legato alla combinazione di pigmento e colore strutturale, quando i pigmenti e le strutture ottiche esistenti formano uno schema particolare.

Funzioni di colorazione

La “scelta” del colore per gli insetti non è casuale; le caratteristiche della colorazione del corpo hanno sempre uno scopo specifico. I colori mimetici generalmente consentono alle specie erbivore di proteggersi dai predatori (le cavallette verdi non sono visibili contro il fogliame); allo stesso tempo, i predatori stessi possono avere un colore che permetta loro di mimetizzarsi con lo sfondo naturale (la mantide attende la preda, approfittando della sua “invisibilità”). A volte i colori e i motivi caratteristici consentono agli insetti di riconoscere un individuo della loro specie e identificare un partner.

La presenza di coperture luminose ha anche un certo significato biologico. Per alcuni, avverte della tossicità del suo portatore, della presenza di ghiandole odorifere protettive o di altri meccanismi di difesa, mettendo in guardia i nemici dall'attacco. Ad esempio, la colorazione nera e gialla delle api esiste proprio a questo scopo; Allo stesso modo, molti bruchi velenosi hanno colori vivaci. (foto) Esistono anche specie completamente indifese che approfittano della loro vicinanza agli insetti velenosi e "fingono" di essere loro, aumentando le loro possibilità di sopravvivenza - ad esempio, non solo le api stesse, ma anche diverse specie di mosche hanno un'"ape" contrastante colorazione.

Le caratteristiche cromatiche di alcuni insetti, unite ad un particolare modo di comportarsi, li aiutano ad evitare possibili pericoli. Pertanto, l'insetto stecco lampeggiante Tropidoderus rhombus ha un colore verdastro, ma ha colori vivaci, anche se una volta piegati non sono visibili. Quando un nemico si avvicina, l'insetto decolla bruscamente, raddrizzandosi, creando l'apparenza di un lampo e confondendo il nemico.

Ci sono insetti per i quali il colore aiuta la termoregolazione. Nello stesso insetto stecco, a seconda della temperatura dell'aria, i pigmenti migrano all'interno o all'esterno delle cellule, provocando un cambiamento di colore. A 25-30 gradi l'insetto è verde, e man mano che la temperatura diminuisce si scurisce, modificando il grado di assorbimento del calore. In altri casi, colore e temperatura sono correlati in modo diverso. Pertanto, le generazioni primaverili delle farfalle d'orso, che si sviluppano quando l'aria si riscalda leggermente, sono di colore giallo-arancio, e le generazioni estive, che compaiono nella stagione calda, sono marroni.