Perché le cicaline riflettono poca luce?

La cicalina si aggrappa al fusto della pianta, godendone il succo. Ma un raggio di sole sul guscio o sulle ali può tradirlo e attirare un predatore. Tuttavia, durante l'evoluzione, la cicalina ha sviluppato una soluzione che le impedisce di essere facilmente esposta. Secerne strutture sferiche nanoscopiche, chiamate brosomi, e le applica al suo corpo. Questo agisce come uno strato antiriflesso. Sebbene sia noto fin dagli anni '50, gli esperti non sapevano come riduca la riflessione della luce. Tak Sing Wong della Pennsylvania State University e i suoi colleghi hanno trovato la risposta: le dimensioni di queste strutture e la dimensione dei loro fori sono ideali per interagire con la luce visibile e ultravioletta.

Al microscopio elettronico, questi sferoidi sembrano palloni da calcio a cui sono stati tagliati tutti i lati, lasciando solo un po' di pelle su entrambi i lati delle cuciture. Il suo diametro è compreso tra 500 e 600 nanometri. Dalla loro scoperta sono state avanzate molte ipotesi sulle loro proprietà ottiche. Infatti, la lunghezza d'onda della luce visibile varia tra 400 e 700 nanometri. “Ma a queste dimensioni, le leggi dell'ottica indicano che i broccosomi devono diffondere la luce in modo molto forte”, si meraviglia Tak Sing Wong. Inverte l'effetto antiriflesso!

Per indagare su questo, i fisici hanno ricreato i brosomi mediante la stampa 3D prima di studiarne le proprietà ottiche. “È una sfida perché queste strutture sono molto piccole e hanno geometrie complesse”, avverte il ricercatore. Utilizzando la fotopolimerizzazione a due fotoni, che consiste nella costruzione di un polimero sotto l'azione di due fotoni, sono stati in grado di riprodurre la geometria complessa di queste strutture, ma non la loro dimensione su scala nanometrica. I loro brosomi artificiali hanno un diametro di 20 micrometri, ovvero 40 volte più grandi. “La risoluzione della stampa non ci ha permesso di rimpicciolirla. Quindi l'abbiamo costruita più grande e abbiamo osservato l'interazione con lunghezze d'onda della luce più lunghe.”

Attraverso i loro esperimenti, hanno identificato due aspetti dell'architettura del procosoma coinvolti nella riduzione della riflessione della luce. Innanzitutto, come avevano ipotizzato, un'ampia fascia di luce visibile viene fortemente riflessa dalle superfici esterne dei brosomi. Poiché le loro dimensioni sono simili alle lunghezze d'onda della luce visibile, vengono effettivamente riflesse in tutte le direzioni. “Ciò crea in qualche modo un effetto antiriflesso dal punto di vista dell’osservatore – o predatore – che capta solo una piccola parte della luce riflessa dalla cicalina”, spiega Tak Sing Wong.

Inoltre, costruendo brosomi con o senza fori, hanno evidenziato l'importanza della struttura del vacuolo nel ridurre la riflettanza. Parte della radiazione UV, la cui lunghezza d'onda è simile o inferiore al diametro dei fori (150-200 nm), rimane intrappolata all'interno della struttura stessa e quindi non viene riflessa. La combinazione di questi due fenomeni ha l'effetto di ridurre la riflessione della luce visibile e ultravioletta dall'80 al 94%.

Oltre a comprendere meglio le proprietà ottiche di questi insetti, i ricercatori ritengono che la geometria dei brocosomi potrebbe servire da modello ingegneristico per la progettazione di strati e materiali antiriflesso, che assorbono la luce o mimetici.

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