Ttv24h.vn

Những câu chuyện nóng hổi, ​​những tiêu đề tin tức mới nhất về thời sự, kinh doanh và giải trí từ Việt Nam.

Nhìn vào một cái kén, video tuyệt vời ghi lại đôi cánh của một con bướm được hình thành trong quá trình biến thái

Những chiếc vảy lớn hơn, màu đỏ và xanh lá cây chồng lên nhau bắt đầu hình thành các chi tiết xương của chúng giữa quá trình phát triển (bên phải). Mỗi ảnh rộng 75 µm. Tín dụng: Anthony McDougall và Songsam Kang

Phát hiện có thể giúp thiết kế các vật liệu mới như cửa sổ ánh kim hoặc vải dệt chống thấm nước.

Nếu bạn đánh trên cánh của một con bướm, bạn sẽ có thể nhận được một lượng bột mịn. Bụi Lepidoptera này bao gồm các vảy cực nhỏ, hàng trăm nghìn vảy khiến cánh bướm giống như các tấm trên một mái nhà mỏng. Cấu trúc và cách sắp xếp của những chiếc vảy này mang lại cho con bướm màu sắc và ánh sáng lung linh, đồng thời chúng giúp bảo vệ côn trùng khỏi các tác nhân.

hiện nay, Với Các kỹ sư đã nắm bắt được vũ đạo phức tạp của vảy bướm hình thành trong quá trình biến thái. Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã quan sát một cách nhất quán rằng các vảy cánh phát triển và tụ lại khi một con bướm đang phát triển biến đổi bên trong kén của nó.

Với một số phẫu thuật đơn giản và phương pháp tiếp cận hình ảnh thông minh, các nhà nghiên cứu đã có thể theo dõi sự hình thành của vảy cánh trong các mẫu Vanessa Cardoy Được biết đến với cái tên bướm phụ nữ đầy màu sắc. Họ lưu ý rằng, khi hình thành đôi cánh, các tế bào trên bề mặt của nó xếp thành hàng có trật tự khi chúng lớn lên. Các tế bào này nhanh chóng phân hóa thành các vảy ‘phủ’ và ‘sàn’ chồng lên nhau, tạo ra một mô hình phức tạp giống như tấm lợp. Khi chúng đạt đến kích thước đầy đủ, các vảy phát triển thành những chỗ lồi mỏng dọc theo chiều dài của chúng – những đặc điểm sóng nhỏ giúp kiểm soát màu sắc của côn trùng và giúp nó che mưa và ẩm ướt.

Sự phát triển của vảy trên cánh bướm

Hình ảnh SEM thường được sử dụng để hình dung các vảy phát triển trên cánh của một con bướm (hai vảy riêng lẻ được hiển thị, trên cùng bên trái); Một cách tiếp cận mới sử dụng hình ảnh pha định lượng để hiển thị các số liệu riêng lẻ chi tiết hơn (trên cùng bên phải và dưới cùng). Chiều rộng của vảy khoảng 50 µm. Tín dụng: Anthony McDougall và Songsam Kang

Nghiên cứu của nhóm đã được xuất bản vào ngày hôm nay (22 tháng 11 năm 2021) trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, cung cấp cái nhìn chi tiết nhất về kiến ​​trúc mới nổi của vảy bướm. Những hình ảnh trực quan mới cũng có thể đóng vai trò như một bản thiết kế để thiết kế các vật liệu chức năng mới, chẳng hạn như cửa sổ ánh kim và hàng dệt không thấm nước.

READ  Tàu vũ trụ Juno của NASA đang khám phá thêm về Vết đỏ Lớn của Sao Mộc

Tác giả chính Anthony McDougall, trợ lý nghiên cứu tại Khoa Cơ khí tại MIT, cho biết: “Đôi cánh của một con bướm kiểm soát nhiều đặc điểm của nó bằng cách định hình chính xác cấu trúc xương của vảy trên cánh của nó. “Ví dụ, chiến lược này có thể được sử dụng để cung cấp cả màu sắc và đặc tính tự làm sạch cho ô tô và tòa nhà. Giờ đây, chúng ta có thể học hỏi từ việc kiểm soát cấu trúc của bướm trong những vật liệu có cấu trúc nano vi mô, phức tạp này”.

Các đồng tác giả của McDougall bao gồm MIT postdoc Songsam Kang, nhà khoa học nghiên cứu Zahid Yacoub, Peter Sue Giáo sư Cơ khí và Sinh học, và Matthias Kohli, Giáo sư Cơ khí.

cánh đồng đom đóm

Mặt cắt ngang của cánh bướm cho thấy một dàn vảy và xương sườn phức tạp, cấu trúc và cách sắp xếp của chúng khác nhau giữa các loài. Những đặc điểm siêu nhỏ này hoạt động như những tấm phản xạ cực nhỏ, phản xạ ánh sáng xung quanh để mang lại màu sắc và sự rực rỡ cho con bướm. Các cựa trên vảy cánh hoạt động như những rãnh nước mưa nhỏ và bộ tản nhiệt, truyền hơi ẩm và nhiệt để giữ cho côn trùng mát và khô.

Các nhà nghiên cứu đã cố gắng tái tạo các đặc tính quang học và cấu trúc của cánh bướm để thiết kế pin mặt trời và cảm biến ánh sáng mới, bề mặt chịu mưa và nhiệt, và thậm chí cả tiền giấy được trang trí bằng mật mã óng ánh để hạn chế làm giả. Biết được các quy trình mà bướm khai thác để phát triển vỏ của chúng có thể giúp định hướng cho sự phát triển của loại công nghệ lấy cảm hứng từ sinh học này.

READ  Xu hướng tiêm chủng và nhiễm trùng ở Israel, UAE và Bahrain و

Hiện tại, những gì được biết về sự hình thành thể tích dựa trên những hình ảnh tĩnh về những cánh bướm đang phát triển và trưởng thành.

Cooley nói: “Các nghiên cứu trước đây cung cấp những bức ảnh chụp nhanh hấp dẫn ở các giai đoạn phát triển cụ thể; thật không may, chúng không tiết lộ tiến trình và trình tự liên tục của những gì xảy ra khi cấu trúc Libra phát triển,” Cooley nói. “Chúng tôi cần xem thêm để bắt đầu hiểu nó tốt hơn.”

Trong nghiên cứu mới của họ, ông và các đồng nghiệp đã tìm cách liên tục theo dõi cách các vảy phát triển và tập hợp lại trong một con bướm đang sống, đang thay đổi. Họ đã chọn để nghiên cứu các mẫu từ Vanessa Cardoy, vì cánh bướm có những đặc điểm chung với hầu hết các loài thuộc bộ Lepidoptera.

Nhóm nghiên cứu đã nuôi ấu trùng của Lady Painter trong các thùng chứa riêng lẻ. Sau khi mỗi con sâu bướm đã bao phủ mình trong một cái kén, báo hiệu sự bắt đầu của quá trình biến thái, các nhà nghiên cứu đã cẩn thận cắt qua lớp vật liệu mỏng và bóc một hình vuông nhỏ từ lớp biểu bì, hoặc lớp phủ của cánh đang phát triển, để lộ vảy đang phát triển bên dưới. Sau đó, họ sử dụng chất kết dính sinh học để dán một tấm bìa trong suốt lên lỗ mở, tạo ra một cửa sổ mà qua đó họ có thể quan sát con bướm và vảy của nó hình thành.

Để hình dung sự biến đổi này, Kolle và McDougal đã hợp tác với các chuyên gia Kang, Yaqoob và So — trong một loại hình ảnh được gọi là kính hiển vi tương quan đảo ngược pha. Thay vì chiếu một chùm ánh sáng rộng vào cánh, có thể gây độc quang đối với các tế bào nhạy cảm, nhóm nghiên cứu đã áp dụng “trường điểm” – nhiều điểm ánh sáng cực nhỏ, mỗi điểm chiếu vào một điểm cụ thể trên cánh. Sự phản chiếu của từng ánh sáng nhỏ có thể được đo song song với mọi điểm khác trên thực địa để nhanh chóng tạo ra bản đồ 3D chi tiết về cấu trúc cánh.

Ông nói: “Trường đốm giống như hàng nghìn con đom đóm tạo ra trường điểm sáng. “Sử dụng phương pháp này, chúng tôi có thể cô lập ánh sáng đến từ các lớp khác nhau và chúng tôi có thể tái cấu trúc thông tin để lập bản đồ một cách hiệu quả về cấu trúc ba chiều.”

Độ sâu quét qua vảy cánh

Việc quét sâu qua vảy gian hàng của nhộng đã hoàn thành 83% quá trình biến đổi của nó. Bên trái hiển thị lượng ánh sáng được phản xạ bởi các thang đo, trong khi thông tin pha ở bên phải hiển thị các phân cấp tốt hơn về khoảng cách ánh sáng truyền đến các thang đo. Tín dụng: MIT

tạo mối quan hệ

Trong hình dung của họ về cánh đang phát triển của con bướm, nhóm nghiên cứu đã theo dõi sự hình thành của các đặc điểm rất chi tiết, từ quy mô cỡ micromet đến các cạnh cao nanomet trên từng quy mô riêng lẻ.

READ  "Có thể không có xung đột sau tất cả" trong Cuộc tranh luận Vũ trụ Mở rộng

Họ quan sát thấy rằng trong vòng vài ngày, các tế bào nhanh chóng xếp thành hàng, và sau một thời gian, chúng phân hóa thành một kiểu xen kẽ của vảy mũ (những vảy ở trên cùng của cánh) và vảy mặt đất (những vảy xếp bên dưới). Khi chúng đạt đến kích thước cuối cùng, mỗi khổ đều mọc ra các cạnh dài, mảnh mai giống như những mái tôn nhỏ xíu.

McDougall cho biết: “Rất nhiều giai đoạn này đã được hiểu và nhìn thấy trước đây, nhưng giờ đây chúng tôi có thể ghép chúng lại với nhau và liên tục theo dõi những gì đang xảy ra, cung cấp cho chúng tôi thêm thông tin về chi tiết hình thành của các quy mô,” McDougall nói.

Điều thú vị là nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng những vết sưng trên vảy hình thành theo cách không mong muốn. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng những đường rãnh này là kết quả của quá trình nén: khi các vảy lớn lên, chúng được cho là nén giống như đàn accordion. Nhưng hình dung của nhóm nghiên cứu cho thấy thay vì co lại như bất kỳ vật liệu nào khi bị nén, các vảy tiếp tục phát triển về kích thước khi các cạnh xuất hiện trên bề mặt của chúng. Các phép đo này chỉ ra rằng một cơ chế hình thành rãnh khác là cần thiết. Nhóm hy vọng sẽ khám phá điều này và các quá trình khác trong quá trình phát triển cánh bướm, có thể giúp cung cấp thông tin về thiết kế các vật liệu chức năng mới.

“Bài báo này tập trung vào những gì trên bề mặt của cánh bướm,” McDougall lưu ý. “Nhưng bên dưới bề mặt, chúng ta cũng có thể thấy các tế bào đặt rễ giống như các hòn đảo, gửi các điểm nối với các rễ khác. Có những kết nối bên dưới bề mặt trong khi các tế bào tổ chức. Và trên bề mặt, vảy được hình thành, cùng với các đặc điểm trên chúng ta có thể tưởng tượng ra tất cả những điều đó, đó là một điều thực sự tuyệt vời khi thấy. “

Tham khảo: ngày 22 tháng 11 năm 2021, Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.
DOI: 10.1073 / pnas.2112009118

Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Quốc gia.