Il trucco dei camaleonti per cambiare colori: i nano-cristalli fotonici

Un meccanismo unico dell'evoluzione: due strati di iridofore sulla pelle, il secondo è anche uno scudo termico

[11 marzo 2015]

Molte specie di camaleonti cambiano rapidamente colore della pelle, spesso in maniera “complessa”, durante le loro interazioni sociali, ora una collaborazione tra i biologi ed i fisici dell’università di Ginevra ha scoperto quale è il meccanismo che permette a questi rettili di farlo.

Infatti, nello studio “Photonic crystals cause active colour change in chameleons” pubblicato su Nature Communications, il team svizzero guidato da Michel Milinkovitch e Dirk van der Marel dimostra che «I cambiamenti avvengono attraverso il controllo attivo di una maglia di nano-cristalli presenti in uno strato superficiale di cellule dermiche, le iridofore». Ma i ricercatori di Ginevra hanno stabilito anche l’esistenza di uno strato più profondo di iridofore, nel quale  i cristalli, più grossi e meno organizzati, riflettono la luce infrarossa e sottolineano che «Una tale sovrapposizione di due tipi differenti di iridofore costituisce una novità in termini di evoluzione, è lei che permette ai camaleonti di passare da un camuffamento efficace ad una parata spettacolare in tempo record, è sempre questo che procura una protezione termica passiva all’animale».

Gli ornamenti colorati che mutano a seconda del comportamento hanno reso famosi i maschi di camaleonti, ma se il meccanismo del cambiamento ad una tonalità più scura erano già conosciuti, era un mistero come i camaleonti riescano a passare da un colore vivace ad una tonalità ancora più brillante. Alcune specie, come il camaleonte pantera (Furcifer-pardalis), sono in grado di operare questa transizione in uno o due minuti, quando si tratta di corteggiare una femmina o di affrontare un altro maschio.

Oltre ai pigmenti marroni, rossi e gialli, I camaleonti ed altri rettili presentano i cosiddetti colori strutturali, «Questi colori vengono infatti creati senza pigmenti, attraverso un fenomeno di interferenza ottica – spiega Milinkovitch, professore al dipartimento di genetica dell’università di Ginevra – Derivano delle interazioni tra certe lunghezze d’onda e delle strutture nanoscopiche, quali i minuscoli cristalli nella pelle dei rettili.  Questi nanocristalli sono disposti in strati alternati con il citoplasma, all’interno delle cellule chiamate iridofore. La millefoglie così formata riflette selettivamente alcune lunghezze d’onda e questo contribuisce ai colori sgargianti di numerosi rettili».

Per determinare come i camaleonti pantera  passino da una clorazione ad un’altra, i biologi evolutivi ed i fisici quantistici di Ginevra hanno lavorato insieme e, spiegano il fisico Jérémie Teyssier e la biologa Suzanne Saenko, «Abbiamo scoperto che l’animale può cambiare di colore attraverso una regolazione attiva della maglia dei nanocristalli. Quando il camaleonte è calmo, quest’ultime sono organizzate in una rete densa che riflette le lunghezze d’onda bleu. Ma l’eccitamento provoca un rilascio all’interno delle iridofore dell’animale e permette la riflessione di altri colori, come il giallo e il rosso. L’insieme costituisce un esempio unico di un sistema ottico auto-organizzato controllato dall’animale che lo indossa».

I secondo strato di  iridofore  più profonde per Milinkovitch hanno una funzione importante: «Queste cellule, che contengono dei cristalli più grossi e molto meno ben organizzati, riflettono una porzione importante delle lunghezze d’onde infrarosse. Questo strato agisce come una protezione molto efficace contro gli effetti termici dovuti ad un’esposizione al sole alle basse latitudini». Insomma, i camaleonti hanno anche uno scudo termico interno.

Ma in termini evolutivi l’organizzazione delle iridofore in due strati sovrapposti rappresenta l’innovazione che permette ai camaleonti di passare in tempo record dalla loro tenuta mimetica ad un abito da parata e combattimento fiammeggiante di colori, dando loro allo stesso tempo una protezione termica passiva.

Ora i ricercatori svizzeri puntano ad indagare sui meccanismi cellulari che reagiscono nelle iridofore, il cambiamento nelle maglie dei nanocristalli, così come lo sviluppo degli strati cristallini