Uma aranha pavão em miniatura com iridescência de arco-íris. a) Um macho adulto Maratus robinsoni. BA M. robinsoni descansando em uma unha humana:a aranha tem apenas ~? 2,5? mm de tamanho. O abdômen iridescente da aranha é indicado pela seta preta. c) Uma visão ampliada (barra de escala:200? μm) do mesmo abdômen de aranha, conforme mostrado no quadrado tracejada de a, mas com diferentes ângulos de visão. Observe que as cores das manchas iridescentes quase mudam para suas cores complementares entre as duas visualizações diferentes, de azul para vermelho (setas vermelhas), e do roxo ao verde amarelo (setas azuis). Crédito:Dr. Jürgen C. Otto, coautor
Aranhas pavão australianas de cores vivas ( Maratus spp. ) cativar até mesmo os espectadores mais aracnofóbicos com suas exibições extravagantes de cortejo apresentando diversas e intrincadas colorações corporais, padrões, e movimentos - todos embalados em corpos em miniatura medindo menos de 5 mm de tamanho para muitas espécies. Contudo, esses monitores não são apenas bonitos de se ver, eles também inspiram novas maneiras para os humanos produzirem cores na tecnologia.
Uma espécie de aranha pavão - a aranha pavão arco-íris ( Maratus robinsoni ) - é particularmente impressionante, porque mostra um sinal iridescente de arco-íris intenso nas exibições de cortejo dos machos para as fêmeas. Este é o primeiro caso conhecido na natureza de machos usando todo um arco-íris de cores para atrair as fêmeas para o acasalamento. Mas como os machos fazem seus arco-íris?
Descobrir a resposta foi inerentemente interdisciplinar, então o Dr. Bor-Kai Hsiung - agora um pós-doutorado no Scripps Institution of Oceanography na University of California San Diego - montou uma equipe que incluía biólogos, físicos e engenheiros enquanto ele era um Ph.D. aluno do Doutorado Integrado em Biociências da Universidade de Akron (UA). programa sob a orientação do Dr. Todd Blackledge e Dr. Matthew Shawkey (agora na Universidade de Ghent), e apoiado pelo Biomimicry Research and Innovation Center da UA. A equipe incluiu pesquisadores dos Estados Unidos - UA, Scripps Institution of Oceanography, Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), e Universidade de Nebraska-Lincoln (UNL) - Bélgica (Universidade de Gent), Holanda (Universidade de Groningen), e a Austrália para descobrir como as aranhas do pavão do arco-íris produzem esse sinal iridescente único.
A equipe investigou as estruturas fotônicas da aranha usando técnicas que incluíam microscopia de luz e eletrônica, imagem hiperespectral, espalhamento de imagens e modelagem óptica para gerar hipóteses sobre como a escala da aranha gera arco-íris tão intensos. A equipe então usou a impressão nano 3D de ponta para fabricar diferentes protótipos para testar e validar suas hipóteses. No fim, a equipe descobriu que a intensa iridescência do arco-íris emergiu de escamas abdominais especializadas nas aranhas. Essas escalas combinam um contorno 3D microscópico semelhante a um aerofólio com estruturas de rede de difração em nanoescala na superfície. É a interação entre a rede de nano-difração de superfície e a curvatura microscópica das escalas que permite a separação e isolamento da luz em seus comprimentos de onda componentes em ângulos mais finos e distâncias menores do que são possíveis com as tecnologias de engenharia atuais.
Micrografia de luz de padrão de arco-íris M. robinsoni escalas. Quadrado central preto:4? ×? 4? Μm2 Crédito:Dr. Bor-Kai Hsiung, coautor
"Quem diria que uma criatura tão pequena criaria uma iridescência tão intensa usando mecanismos extremamente sofisticados que inspirariam engenheiros ópticos, "disse o Dr. Dimitri Deheyn com entusiasmo durante uma entrevista. Deheyn é o mentor de pós-doutorado de Hsiung na Scripps Oceanography e co-autor desta pesquisa.
Para Hsiung, a descoberta não foi tão inesperada. “Uma das principais questões que eu queria abordar em minha dissertação de doutorado era 'como a natureza modula a iridescência?' Da perspectiva da biomimética, para entender completamente e responder a uma pergunta, é preciso levar em consideração os extremos de ambas as extremidades. Portanto, Eu escolhi propositalmente estudar essas minúsculas aranhas com intensa iridescência após ter investigado as tarântulas azuis não iridescentes, "disse Hsiung.
O mecanismo por trás desses minúsculos arco-íris pode inspirar novas tecnologias de cores, mas não teria sido descoberto sem a pesquisa combinando história natural básica com física e engenharia.
"Reunir essa experiência de pesquisa diversa para entender a incrível diversidade da natureza e, em seguida, aplicar esse conhecimento à tecnologia humana é exatamente o que o Centro de Inovação e Pesquisa em Biomimética da UA se trata, "disse Blackledge.
Uma visão ampliada do abdômen da aranha pavão Maratus robinsoni . Crédito:Dr. Jürgen Otto, coautor
"Às vezes esquecemos que os modelos ópticos matemáticos, enquanto ferramentas críticas, são hipóteses que precisam ser testadas, "respondeu Shawkey, quando questionados sobre como esta pesquisa pode mudar a forma como os pesquisadores investigam estruturas fotônicas biológicas no futuro. "A impressão 3D em nanoescala nos permitiu validar experimentalmente nossos modelos, o que foi realmente emocionante. Esperamos que essas técnicas se tornem comuns no futuro. "
"Como engenheiro, o que achei fascinante sobre essas cores estruturais de aranha é como essas estruturas complexas de longa evolução ainda podem superar a engenharia humana, "acrescentou o Dr. Radwanul Hasan Siddique, um pós-doutorado na Caltech e co-autor desta pesquisa. "Mesmo com técnicas de fabricação de ponta, não podíamos replicar as estruturas exatas. Eu me pergunto como as aranhas montam esses padrões estruturais sofisticados em primeiro lugar! "
A inspiração dessas escalas de aranha super iridescente pode ser usada para superar as limitações atuais na manipulação espectral, e para reduzir o tamanho dos espectrômetros ópticos para aplicações onde a resolução espectral em escala fina é necessária em um pacote muito pequeno, notavelmente instrumentos em missões espaciais, ou sistemas de detecção de produtos químicos vestíveis.
No fim, As aranhas pavão não produzem apenas os menores arco-íris da natureza, eles também podem ter implicações em uma ampla gama de campos, desde ciências da vida e biotecnologias até ciências de materiais e engenharia.
