Há muito tempo que se sabe que muitas superfícies altamente coloridas presentes em organismos vivos não são o resultado de pigmentos ou corantes, mas são os efeitos de mecanismos estruturais altamente ordenados. Estas estruturas são apenas aparentes em escalas nanómetricas (comparáveis à luz visível), e as cores são geradas por interferência. O recente interesse nestas estruturas "fotónicas" dá-se
"principalmente porque estes meios são exemplos muito interessantes de metamateriais ópticos, que devem as suas propriedades ópticas a formas geométricas da escala do sub-mícron altamente ajustáveis, e não à natureza dos materiais utilizados no seu fabrico. Estas estruturas complexas, encontradas em muitas espécies vivas : aves, insectos, cobras, peixes e até mamíferos, poderiam ser uma pista muito eficaz e inspirativa para novos efeitos visuais ou mesmo para novos dispositivos ópticos. A estrutura descrita no presente estudo é muito especial, porque a sua resposta óptica pode ser drasticamente alterada pela sua exposição à humidade. Este fenómeno é uma das características espantosas do escaravelho tropical, Dynastes hercules".
O Escaravelho Hercules, é um dos maiores coleópteros, capaz de atingir 170 mm de comprimento. Ele tem a fama de ser a mais forte criatura na Terra, conseguindo transportar cargas que são 850 vezes o seu próprio peso corporal. (O menor escaravelho é o Eudicella gralli).
O escaravelho macho é normalmente de uma cor esverdeada, mas quando a humidade sobe acima dos 80%, ele torna-se preto. A água penetra a estrutura multi-camada e muda o seu desempenho óptico. Têm sido propostas histórias Darwinistas adaptationistas. Uma hipótese é a de que a cor preta confere camuflagem à noite, quando a humidade é mais alta e o insecto é mais activo. Então, durante o dia, a cor esverdeada volta e o escaravelho mistura-se com o seu ambiente. Outra hipótese diz respeito à termoregulação: o insecto aquece mais rápido quando é negro e, em seguida, evita o superaquecimento quando é verde. Ambas as propostas são discutidas pelos investigadores e ambas são rejeitadas. "A razão (caso exista...) pela qual o Dynastes hercules evoluiu para ter a capacidade de mudar de cor com a humidade continua a ser um mistério que está à espera de ser desvendado." Os autores explicam a finalidade de seu trabalho desta forma:
"O objectivo do presente estudo consiste em fornecer dados actualizados sobre a morfologia desta estrutura natural higrocrómica, obter dados ópticos detalhados para vários estados de humidade e reexaminar o mecanismo de coloração com a ajuda da extensas simulações mensuráveis de incidência de luz".
Estes objectivos foram atingidos através de uma metodologia de engenharia reversa. A estrutura higrocrómica foi modelada com sucesso. Curvas de reflexão teóricas revelam uma coloração verde para o material em condições normais de humidade e uma coloração negra quando os espaços na estrutura são preenchidos com água.
"O comportamento higrocrómico poderia ser uma importante propriedade de um material 'inteligente'. Tais materiais poderiam ser postos a funcionar como sensores de humidade, mudando de cor de acordo com o nível higrocrómico. Isto pode ser útil, por exemplo nas fábricas de transformação de alimentos para controlar o nível de humidade. Uma vez que as propriedades ópticas podem ser transferidas para outros campos radioactivos do espectro através do escalonamento do comprimento da estrutura para cima e para baixo, os materiais higrocrómicos poderão também encontrar uma função/utilização térmica".
A mensagem que se tira é a de que as metodologias de design funcionam e produzem resultados que são úteis na prática. Os autores são explícitos quanto a este ponto: "o presente documento aborda a engenharia reversa deste complexo sistema de uma forma mais completa e esclarece diversos aspectos deste efeito higrocrómico". Em contrapartida, as perspectivas darwinistas parecem ter contribuído apenas com histórias "just-so" especulativas.
O efeito higrocrómico difractivo na cutícula do escaravelho hercules Dynastes hercules
M Rassart, JF Colomer, T Tabarrant e JP Vigneron
New Journal of Physics, 10 (Março de 2008) 033.014 (14pp) | doi: 10.1088/1367-2630/10/3/033014
Resumo. Os élitros de espécimes desidratados do escaravelho hercules, Dynastes hercules aparecer em verde-khaki numa atmosfera seca e tornam-se pretos de forma passiva sob elevados níveis de humidade. Novas imagens varredura eletrônica, medições espectrofotométricas e modelação física são usadas para desvendar o mecanismo desta mudança na coloração. A visível coloração esverdeada do estado seco é proveniente de uma camada porosa amplamente aberta localizada a 3 μm abaixo da superfície da cutícula. A estrutura desta camada é tridimensional, com uma rede de filamentos, dispostos em camadas paralelas à cutícula da superfície e uma série de fortes pilares cilíndricos orientados perpendicularmente à superfície. Inesperadamente, a difracção desempenha um papel significativo na grande amplitude de coloração da cutícula no estado seco. A irradiação causada por esta camada desaparece quando a água se infiltra na estrutura e enfraquece as diferenças no índice de refracção.
(por David Tyler)
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