El color de las mariposas del pasado

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El color de las mariposas del pasado.

Deducen la existencia de colores estructurales en dos especies de lepidópteros, una del Jurásico y otra del Cretácico.

El color de los seres vivos depende de varios factores, entre otras cosas de los ojos de los otros seres que perciben esos colores.

Los colores de las alas de las mariposas dependen tanto de los pigmentos que poseen sus escamas como de las estructura y morfología que estas escamas, que nos brindan brillantes colores metalizados a los que se denomina colores estructurales.

Colores estos que surgen por interferencia de la luz incidente. Podría pensarse que unas especies de mariposas usan pigmentos y otras colores estructurales, pero lo que se ha descubierto ahora es que podría ser una mezcla de ambos tipos. 

Muchas veces se usan para camuflarse o para enviar mensajes visuales a sus congéneres o a los depredadores.

De este modo, un ave del paraíso puede usar los colores de sus plumas para seducir a una hembra y poder así reproducirse. O una rana tropical puede exhibir unos colores brillantes que alerten sobre su toxicidad y que así los depredadores no se la coman.

Es trivial saber los colores de los seres vivos actuales, pero la mayoría de las veces es imposible saber el color de los seres vivos del pasado que ya no están entre nosotros, aunque hayan dejado restos fósiles. Puede que acertemos en la mayoría de las veces sobre el color, presumiblemente verde, de las hojas de plantas del pasado porque la clorofila siempre ha tenido color verde, pero no así sobre el color de sus flores. 

Pero no sabemos realmente el color que tenían los dinosaurios, de los peces tropicales del Devónico o de los seres que poblaron la Tierra en la explosión del Cámbrico, hace más de 500 millones de años.

Generalmente, el color de pelo, de las plumas o de la piel de los animales se debe a la presencia de pigmentos de un color o colores determinados. Ha habido muy pocos casos en los que el fósil es lo suficientemente reciente y se ha conservado tan bien, que alguno de los pigmentos ha sobrevivido. En estas mismas páginas de NeoFronteras hemos visto algunos casos.

Pretender conocer el color de un insecto de hace 200 millones de años parece una meta inalcanzable, casi imposible bajo las premisas que acabamos de ver. Sin embargo, esto es precisamente lo que se ha logrado recientemente. No es la primera que se consigue algo así, pero sí constituye el caso más antiguo conocido hasta el momento de color de un tipo especial.

El logro ha sido posible gracias a la existencia de colores estructurales. Estos colores no están basados en pigmentos, sino en las propiedades de difracción de la luz. Un CD musical o el “holograma” de un billete de 50 euros tiene una iridiscencia, muestran unos colores que no se correspondiente a ningún pigmento. Algunos animales exhiben un fenómeno similar en sus plumas o en sus cuerpos. Los casos más llamativos son el color de las plumas de algunas aves, los escarabajos gema o esa colorida metalicidad de las alas de algunas mariposas tropicales.

Esos colores son colores estructurales, surgidos por la interferencia constructiva y destructiva provocada por unas estructuras con un tamaño del mismo orden que las longitudes de onda implicadas en la región visible del espectro electromagnético. 

Estos colores estructurales han evolucionado en muchos animales e incluso en plantas y son típicamente más vibrantes y llamativos que los que se producen por pigmentación. 

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Esto se debe a que, al contrario que el caso pigmentario, no se absorbe tanta luz, de ahí el aspecto metálico.

La ventaja de esas estructuras es que pueden conservarse mejor en algunos casos que los pigmentos, que suelen degradarse fácilmente.

Los lepidópteros (mariposas) presentan a menudo colores estructurales en las escamas con las que recubren sus cuerpos y alas. Presentan este tipo de colores en mucha mayor medida que otros tipos de insectos, por lo que pueden haber contribuido a su éxito evolutivo.

En los últimos años se han estudiado este tipo de escamas para intentar conocer bien sus propiedades ópticas y poder luego aplicarlas en campos tecnológicos y científicos como el de la Fotónica. Sin embargo, se conoce muy poco de la historia evolutiva en el pasado profundo de los colores estructurales de las escamas de los lepidópteros.

Ahora, un grupo internacional de investigadores publica un artículo sobre el color estructural de varios fósiles de lepidópteros que vivieron hace 200 millones de años, en el Jurásico. Recordemos que en esa época aún no habían aparecido las plantas con flores, así que los lepidópteros de la época no podían ser iguales a las mariposas actuales libadoras de néctar floral. Además, también hacen lo mismo con una especie del género Tarachoptera del Cretácico medio gracias a un ejemplar conservado en ámbar birmano.

Para el estudio de los ejemplares se han valido de microscopios electrónicos, tanto de barrido como de trasmisión, con lo que han estudiado las microestructuras que daban el color a estos insectos.

Descubrieron que en el espécimen del Jurásico, el arreglo estructural era en forma de bicapa de tipo 1 según los modelos al uso. Es la prueba de color estructural más antigua en el registro fósil de insecto hasta el momento de la que se tenga noticia.

Esta bicapa está formada por una capa superior de estructuras relativamente grandes fusionada sobre una capa de estructuras más pequeñas que, a su vez, está fusionada con el substrato. La periodicidad de estas estructuras va de 140 a 2000 nm por lo que es capaz de difractar la luz. Este tipo de estructura junto con otras características es casi idéntica al caso de género actual Micropterigidae.

Los modelos ópticos confirman que la difracción producida por estas microestructuras generaría colores metalizados similares a los que produce Micropterigidae.

En el caso del ejemplar de Tarachoptera del Cretácido (recreada en la ilustración de cabecera), las escamas exhiben unas características únicas que incluyen tamaño, forma, arreglos irregulares y ornamentación puntiaguda. Esto proporciona una nueva visión de la evolución antigua de las escamas del género Lepidopteran.

Estos dos resultados combinados proporcionan pruebas de la existencia de una coloración estructural temprana en la evolución de los lepidópteros y apoyan la hipótesis de que la cubierta de escamas de tipo 1 es una característica fundamental en este grupo.

Según WANG Bo (del NIGP y líder del estudio), la extensión de la presencia de alas con escamas de este tipo en los lepidópteros durante el Jurásico y Cretácico sugiere que las alas con escamas estaban ya presentes ampliamente en la rama evolutiva de los Amphiesmenoptera que surgió evolutivamente antes del apogeo de los lepidópteros.

Dada la presencia de colores estructurales en la base de los lepidópteros, el advenimiento de los clados más importantes de este grupo durante el Cretácico abre la posibilidad de que esta radiación taxonómica podría haber venido acompañada con un aumento en la diversidad de tamaños, formas, microestructuras y efectos ópticos de las escamas durante esa época.

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En estudio futuros se espera poder caracterizar mejor la respuesta óptica de este tipo de estructuras en otros ejemplares fósiles, así como de la posible presencia de pigmentos en las escamas de los lepidópteros. 

Esto permitirá construir mejores modelos evolutivos sobre el color estructural de estos insectos, sobre el origen del color de las mariposas.

Nunca dispondremos de una máquina del tiempo, así que nunca tendremos una visión completa del pasado biológico de este mundo. Pero seguro que si pudiéramos viajar al Cretácico nos sorprenderíamos al encontrar fenómenos que no habríamos predicho. 

Quizás, ese mundo, ya con flores y previo a la extinción que marcó el final de ese periodo geológico, bullía de mariposas de todos los colores imaginables, pero también habría en él muchas otras maravillas que nunca conoceremos.

Los pigmentos y la estructura de las escamas de las alas trabajan juntos para dotar de colores a las mariposas.

Las plantas con flores nos trajeron hace ya 100 millones de años a las mariposas. Estas han inspirado a los humanos a la hora de crear todo tipo de metáforas y poesía.

Ahora, con cada vez menos mariposas por culpa de los pesticidas, de vez en cuando nos sorprende una con su vuelo grácil y sus vivos colores. Colores que usan para el camuflaje o para atraer a sexo opuesto.

El color de las mariposas del pasado

Ahora, un grupo de investigadores ha podido demostrar que basta modificar unos pocos genes que codifican la pigmentación para tanto cambiar el color como la morfología de las escamas.

Los investigadores usaron la técnica CRISPR/Cas9 (pronunciado “crisper”) para alterar esos genes en la mariposa africana Bicyclus anynana (la modificada es la de la derecha en la foto de cabecera). Estas modificaciones dieron lugar a cambios en la estructura y rigidez de las escamas, así como del color.

Los genes de la pigmentación tendrían entonces un papel doble en la formación de las escamas. Así que los pigmentos y la estructura de las escamas trabajan juntos para dotar de colores a las mariposas.

Según Antónia Monteiro (Universidad Nacional de Singapur) el color y estructura de la escamas están íntimamente relacionados porque las moléculas del color también afectan a la estructura de las escamas.

Esta investigadora y Yuji Matsuoka desactivaron cinco genes codificadores de pigmentos emparentados entre sí. Las mutaciones que afectaban a pigmentos relacionados con melanina, por la ausencia de los pigmentos correspondientes, favorecieron la formación de una capa extra de quitina, que es lo que forma el exoesqueleto de los insectos, dispuesta en forma de franjas horizontales sobre la superficie exterior de las escamas.

Las mutaciones que afectaban a los pigmentos relacionados con la dopamina-melanica hacían lo mismo, pero con franjas verticales de quitina.

Recordemos que algunas mariposas tiene vivos colores estructurales gracias una capa adecuadamente dispuesta de quitina sobre las escamas y que los colores conseguidos dependen del grosor de dicha capa.

El color de las mariposas del pasado

Los colores de las alas son cruciales para las mariposas porque los usan para ocultarse de los depredadores y como señuelo para atraer al seco opuesto. Si estas mutaciones inducidas artificialmente se dieran en el mundo natural afectaría la supervivencia y reproducción de este tipo de insectos.

Hasta ahora se habían descrito los colores de las mariposas como o bien estructurales o pigmentarios, pero este trabajo muestra que hay genes que limitan la evolución en ambos casos.

“La morfología de las escamas de las alas es altamente divergente, sin embargo, la genética y mecanismos moleculares subyacentes al desarrollo de las escamas de las alas de mariposa ha empezado a estudiarse justo ahora y los productos de la melanina son sólo unas de las múltiples moléculas que posiblemente juegan un papel en este proceso”, dice Matsuoka.

“En estudios posteriores se pueden usar otras especies de mariposas y otros componentes cuticulares que nos ayuden a saber más acerca de la evolución y desarrollo de las escamas de las alas de mariposa”, añade.

Monteiro sugiere que si comprendiese bien la genética de los colores de las alas de mariposa entonces alguna compañía podría en el futuro generar colores vivos y brillantes basados en quitina a través de la bioingeniería en lugar de obtenerlos a través de metales nanoestructurados con los que es muy difícil trabajar. Estos colores basados en quitina sería duraderos y además biodegradables, por lo que sería medioambientalmente positivos.

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