Batteri mutanti iridescenti forniscono una nuova gamma colori scintillante!
I colori che appaiono differenti se osservati da angoli diversi sono chiamati iridescenti. Mentre il pigmento produce i colori mediante un meccanismo che è chiamato assorbimento (essi assorbono parte dello spettro visibile e ciò che non viene assorbito è alla fine il colore dell’oggetto), i colori strutturali si ottengono strutturando il materiale sulla scala della lunghezza d’onda della luce visibile. Una tale colorazione iridescente può quindi cambiare colore e brillantezza in base all’angolo da cui la si guarda, un esempio classico è lo strato interno in madreperla del guscio delle ostriche. Le strutture fotoniche naturali presentano molte sfide, in particolare per quanto riguarda la modellazione. Esse sono molto gerarchiche, e questo significa che hanno caratteristiche distribuite su differenti scale di lunghezza e sono di solito colpite da disordine. Per comprendere meglio questa complessità e spiegare molti dei colori della natura, il progetto LODIS (Looking through disorder), finanziato dall’UE, ha sviluppato strumenti di analisi e simulazione per aumentare la comprensione delle strutture fotoniche disordinate. La squadra di LODIS si è focalizzata in particolare sull’effetto del disordine sulle proprietà ottiche delle strutture fotoniche. «In molti sistemi naturali, le nanostrutture che producono il colore sono per natura disordinate. Il disordine può essere dannoso sui forti effetti di interferenza nei sistemi ottici, ma esso consente anche una varietà molto più ampia di aspetti visivi,» spiega la dott.ssa Silvia Vignolini, coordinatrice del progetto. Come parte del progetto, e per illustrare l’effetto del disordine, hanno prodotto un video che mostra come cambiano i colori dei batteri marini iridescenti. I mutanti sono stati il fattore chiave I ricercatori hanno stabilito una linea di ricerca riconosciuta a livello internazionale che ha contribuito in modo notevole alla comprensione di come un sistema vivente può formare complesse architetture fotoniche in natura. «La parte successiva riguarderà come tali principi di progettazione naturale possono essere sfruttati per fabbricare nuovi materiali ottici in modo sostenibile,» fa notare la dott.ssa Vignolini. Utilizzando un microscopio elettronico per osservare batteri mutanti lunghi appena due milionesimi di metro, i ricercatori hanno visto cosa accadeva: l’organizzazione dei batteri era responsabile del colore della colonia. Sono stati mappati i percorsi genetici alla base della regolazione di una miriade di colori in un nuovo ceppo di Flavobatteri. Modificando i loro geni, i ricercatori hanno mostrato che era possibile controllare sia le proprietà del colore che quelle di dispersione. Quando l’interferenza è costruttiva La spiegazione di questo può essere trovata nel principio di un processo fisico chiamato interferenza costruttiva. La definizione precisa è quando due o più onde con fase e frequenza uguale producono una singola lunghezza d’onda pari alla somma delle singole onde. «Nei colorati batteri marini, questo produce una “riflettività variopinta”,» spiega un membro della squadra di ricerca, il ricercatore postdottorato Villads Egede Johansen. «Detto semplicemente, il colore che si vede è il risultato della luce riflessa fuori dai batteri a forma di bastoncello sistemati in un certo modo, non dal pigmento. Mettete a soqquadro il loro schema e il colore scompare con il semplice tocco di un’ansa da inoculo!» I mutanti creati variavano in termini di lunghezza o diametro delle loro cellule a forma di bastoncello o persino della loro capacità di muoversi. La squadra ha mostrato come fosse possibile controllare il colore e le proprietà di dispersione degli organismi viventi modificando i loro geni. «Questo lavoro rappresenta un importante passo in avanti in questo campo: mentre finora la ricerca si era concentrata principalmente sulla caratterizzazione ottica di organismi strutturalmente colorati, non vi erano precedenti studi che esaminassero i percorsi genetici alla base della colorazione strutturale in qualsiasi organismo vivente,» sottolinea la dott.ssa Vignolini. Ben accolto sia dalla comunità scientifica che dalla stampa, il lavoro è stato pubblicato nella rivista di alto profilo PNAS. Prossimi passi sulla strada per sfruttare il potere delle biologia del colore Per la squadra, la continuazione della ricerca è di primaria importanza e i ricercatori stanno attivamente cercando ulteriori finanziamenti. Al momento, il fondatore britannico BBSRC, che si focalizza su progetti nel settore delle bioscienze per il futuro, sta finanziando uno studente di dottorato perché porti avanti questo lavoro. Senza dubbio ne conseguiranno molti risultati eccitanti. «Immaginate le possibili applicazioni di questa tecnologia – cosmetici iridescenti biodegradabili e vernici basate sui batteri che cresceranno in un giorno per colorare pareti e automobili,» conclude la dott.ssa Vignolini.
Parole chiave
LODIS, colore, iridescente, strutture fotoniche, pigmento
