Principia

Las mariposas como cualquier otro ser vivo soporta un rango determinado de temperaturas. Debido a su tamaño, cuando una mariposa se posa para recibir luz del sol, rápidamente debe actuar su sistema de termorregulación para que no ascienda rápidamente su temperatura.

Una investigación realizada por investigadores de la Universidad de Columbia y la Universidad de Harvard han realizado un estudio novedoso sobre las propiedades termorreguladoras y termodinámicas de las alas.

En su observación, los investigadores encontraron que las escamas que cubren las membranas poseen diversas nanoestructuras de diferentes grosores según la zona del ala que se observa.  A modo de tubos muy apretados de formas variadas y cuya dirección es perpendicular a la membrana, permiten que se liberen distintas cantidades de calor en diferentes zonas de una misma ala. En particular, detectaron que se reducía más la temperatura en zonas donde había estructuras celulares como venas y los órganos androconiales −donde se segregan las feromonas para la reproducción− respecto a zonas donde sólo había membrana. Lo cual permite que el calor liberado, o lo que es lo mismo  el enfriamiento radiativo, sea más efectivo en zonas  con estructuras celulares que son más sensibles a la subida de temperatura.

Para la investigación se estudiaron cuidadosamente las escamas de ambos lados de las alas de diversos tipos de mariposas, como  Vanessa cardui , Satyrium caryaevorus y Parrhasius m-album, entre otras especies. A las mariposas se las anestesió para poder observar las escamas y se les inyectó un tinte, azul de metileno, para identificar los tejidos nerviosos y las venas. De este modo se pudieron estudiar las diferentes nanoestructuras en forma y grosor, así como sus estructuras celulares. Además, con el uso de cámaras térmicas se pudo comprobar la relación entre la forma y grosor de las nanoestructuras en las escamas y el enfriamiento radiativo en las diferentes  zonas de las alas.

Los investigadores realizaron otro experimento para medir la respuesta a estímulos puntuales:  mediante el uso de láseres dirigiendo calor a zonas específicas de un ala para aumentar la temperatura localmente. En el experimento se aumentó la temperatura de 25 a 45° C en 7-8 segundos. Se observó que las mariposas se movían de forma característica para disipar el calor del estímulo puntual, juntando o girando las alas para el descenso de la temperatura. Según los científicos, esta es una muestra de que las estructuras celulares presentes en las alas contienen una red distribuida de sensores térmicos capaces de percibir tanto la radiación visible como la infrarroja. Esta capacidad hace que las alas les permitan sentir la dirección e intensidad de la luz solar y responder con comportamientos especializados para evitar el sobrecalentamiento  de las alas.

En la investigación, que se ha publicado en la revista Nature Communications, se sugiere que conocer las estructuras de las escamas de las alas podría ayudar al diseño de materiales con facilidad para el enfriamiento radiativo, como ha ocurrido en otras ocasiones en las que la naturaleza ha inspirado al hombre en la resolución de problemas tecnológicos.

Referencia: Cheng-Chia Tsai et al. 2020. Physical and behavioral adaptations to prevent overheating of the living wings of butterflies.  Nature Communications, 11,  551.