Briljante vlinders

Dubbel diffractierooster zorgt voor tweekleurige signalen

Morpho peleides

 

Fotonische1 structuren in vlinders

Een aantal vlinders, zoals de Zuid-Amerikaanse Morpho menelaus (zie afbeelding hierboven) en het mannetje van de Noord-Australische Papilio ulysses (afbeelding hierbeneden), staan bekend om hun briljante, iriserende (regenboogkleurige) blauwtinten. Maar ze danken hun spectaculaire kleuren niet aan pigmenten, maar aan hun schubben die een diffractierooster2 vormen. Dit rooster bestaat uit gelijkmatig verdeelde richels of groeven die wit licht opbreken in al diens kleurcomponenten.

Papilio ulysses – By Robert Nash Curator of Entomology Ulster Museum – Own Photo Photography by Brian McKenna, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1681086.

Als het licht echter in een bepaalde hoek valt, treedt er destructieve interferentie op die elke kleur behalve de juiste laat wegvallen. Die laatste kleur wordt dan intens vanwege constructieve interferentie.3 Deze schubben worden sub-micrometer fotonische structuren genoemd, omdat ze lichtgolven kunnen manipuleren. De diepzwarte randen op de vlindervleugels worden evenzo niet door zwart pigment veroorzaakt, maar door fotonische structuren die licht vangen.4,5

Dit onderzoek heeft het ontwerp van zeer effectieve ‘Super Zwart’ coatings geïnspireerd. Ook zou dit inspiratie kunnen geven voor andere soorten coatings met opvallende kleuren zonder chemisch afval van de productie van pigmenten en verf.6 Dit is nog weer een voorbeeld van biomimetiek: menselijke technologie kopieert de natuur—in werkelijkheid: de mens krijgt les van de Ontwerper van de natuur.7

Dubbel rooster

Recent onderzoek laat zien dat de rugvleugels van Lamprolenis nitida twee geblakerde diffractieroosters heeft, afgewisseld op afzonderlijke schubben, die de twee hoofdkleursignalen geven.8

Dit was een nieuwe ontdekking, aangezien “Meerdere onafhankelijke signalen van afzonderlijke fotonische structuren binnen hetzelfde sub-micrometer apparaat [d.w.z. het diffractierooster op de vleugels, red.] op dit moment onbekend zijn in dieren”. De schubben vormen een patroon van gekruiste richels en groeven die zich in twee verschillende intervallen herhalen; vandaar de twee verschillende signalen.

De onderzoekers schrijven: “Meerdere signalen verhogen de complexiteit en specificiteit van de optische ondertekening en vergroten zo de overgebrachte informatie. Dit zou in het bijzonder belangrijk kunnen zijn tijdens interseksuele ontmoetingen, waarin de iriserende kleuren van mannetjesvleugels gebruikt worden als bedreigingsvertoning.”

Ze wijzen erop dat mannetjes sterkere signalen zouden produceren, zelfs in de slecht belichtte bossen (hun leefgebied) waar het zonlicht slechts sporadisch door het bladerdak doorbreekt. Ook zou het vrouwtjes kunnen helpen om mannetjes van de juiste soort te vinden in een soortrijke omgeving.

Hoe zijn deze structuren ontstaan?

Een aangename verandering was dat de onderzoekers geen verzonnen evolutionistisch verhaal voorstelden om het ontstaan van deze structuren uit te leggen; ze rapporteerden over de feiten en droegen geloofwaardige functies voor hun huidige gebruik voor.

En inderdaad is zelfs een enkel diffractierooster al moeilijk te verklaren via een darwiniaanse serie van kleine stapjes, elk met een voordeel ten opzichte van de vorige. A fortiori (des te meer), hoeveel moeilijker is het om een dubbel diffractierooster te verklaren?

Greta oto, een vlinder met doorzichtige vleugels.

Dit is vooral zo moeilijk aangezien de meeste vlinders zich perfect kunnen handhaven zonder dubbel diffractierooster, en de glasvleugelvlinder (Greta oto, zie foto hiernaast) heeft niet eens schubben nodig,9 dus selectiedruk is niet duidelijk.

Merk op dat Darwins ‘theorie van seksuele selectie’10 faalt in het verklaren van precies datgene waarvoor het in elkaar was geflanst—de pauwenstaart!11

Meer biomimetiek

De onderzoekers vertelden dat de geavanceerde menselijke technologie zijn voordeel zou kunnen doen met het kopiëren van dit ontwerp:

“Het dubbele rooster van L. nitida zou een oplossing kunnen bieden voor het probleem met spectrometers [apparaten die verschillende golflengtes kunnen meten, red.], namelijk dat het functionele bereik van hun rooster beperkt is, zodat het rooster op mechanische wijze vervangen moet worden voor een andere als de spectrale limiet is bereikt, wat metingen belemmert. Door het incorporeren van twee roosters op één enkel zelfregelend oppervlak zou dit probleem omzeild kunnen worden.”

Omdat echte wetenschap door analogie werkt, is het geoorloofd om als volgt te redeneren: aangezien onze diffracties intelligent ontwerp nodig hebben, laat een nog geavanceerder diffractierooster a fortiori de objectieve tekenen van ontwerp zien.

 

Referenties en noten

  1. Fotonisch heeft te maken met fotonen: dit zijn lichtdeeltjes/golven die we kunnen meten. Denk maar aan fototoestel, fotograaf (een ‘lichtschrijver’) en dergelijke woorden.
  2. Vukusic, P., et al., Sculpted-multilayer optical effects in two species of Papilio butterfly, Applied Optics 40(7):1116–1125, 2001.
  3. Interferentie is een natuurkundige term, waarbij lichtstralen interactie met elkaar vertonen. Dit kan op twee manieren: ofwel destructief, ofwel constructief. Bij destructieve interferentie zijn de inkomende lichtstralen in ‘tegen-fase’: ze heffen elkaar op omdat ze precies even groot zijn, maar op net een ander moment beginnen. Bij constructieve interferentie zijn de lichtstralen in ‘fase’: ze versterken elkaar doordat ze op hetzelfde moment beginnen en even groot zijn.
  4. Butterflies plumb the depths of blackness with a trick of the light, New Scientist 181(2433):18, 2004.
  5. Hopkin, M., Butterflies boast ultrablack wings: Insects use optical trick to get the blackest black out of dark pigments, Nature science update, nature.com, 2004.
  6. Lerner, E.J., Butterfly blues, The Industrial Physicist, Briefs, april 2004.
  7. Sarfati, J., Beautiful black and blue butterfliesJ. Creation 19(1):9–10, 2005; creation.com/blue; By Design, ch. 3, Creation Book Publishers, 2008.
  8. Ingram, A.L. et al., Dual gratings interspersed on a single butterfly scale, J. Royal Soc. Interface 5(28):1387–1390, November 2008 | DOI 10.1098/rsif.2008.0227.
  9. Catchpoole, D., Watch a glasswing passing (without flying colours)Creation 30(4):56, 2008; creation.com/glasswing.
  10. Bergman, J.,  Problems in sexual selection theory and neo-DarwinismJ. Creation 18(1):112–119, 2004.
  11. Catchpoole, D.,  Peacock tail tale failure, creation.com/tale, 2008.