Descubierta la elegante interacción de las estrategias de coloración de sus cromatóforos
En un abrir y cerrar de ojos la "piel inteligente" de los calamares cambia el color y el patrón con el propósito de camuflarse o para la señalización sexual, una virtuosa exhibición que ha fascinado a los científicos.
Ahora, los colaboradores de la Northeastern University y el Marine Biological Laboratory (MBL), Woods Hole, informan sobre un cambio de paradigma en la forma en que los órganos especializados en la piel de los calamares, llamados cromatóforos, contribuyen a la hazaña a través de una elegante interacción de acción pigmentaria y coloración estructural.
Su estudio, que acerca a los ingenieros cada vez más a la construcción de una piel inteligente bioinspirada, se publica en Nature Communications.
"Durante mucho tiempo la gente ha estado tratando de construir dispositivos que puedan imitar el cambio de color de los cefalópodos mediante el uso de componentes disponibles en el mercado", dice Leila Deravi, profesora asistente de química y biología química en Northeastern, cuyo laboratorio lideró el estudio. "Nadie se ha acercado a la velocidad y la sofisticación de cómo funciona".
Deravi y el científico principal de MBL Roger Hanlon, un destacado experto en camuflaje de cefalópodoslaje de cefalópodos (calamares, pulpos y sepias), lideraron un equipo interdisciplinario de científicos para investigar la coloración dinámica de los calamares a nivel molecular.
Vídeo: Manto anterior de un calamar vivo. Los cromatóforos reflectantes brillan cuando cambia el ángulo de la luz incidente. Crédito: Stephen Senft
La piel del calamar contiene dos tipos de estructuras que manipulan la luz para producir varios colores. Los cromatóforos contienen sacos elásticos de pigmento que se extienden rápidamente en discos de color cuando se contraen los músculos que los rodean. Cuando la luz incide en los gránulos de pigmento, absorben la mayoría de las longitudes de onda y reflejan solo una estrecha banda de color.
Más profundo en la piel, unas células llamadas iridóforos reflejan toda la luz que las golpea. Al dispersar esta luz, un método conocido como coloración estructural, rebotan una luminosidad brillante de iridiscencia.
Vídeo: Piel extirpada de calamar adulto. La reflectancia en múltiples tonos coincide con las formas en movimiento de los cromatóforos. Crédito: Stephen Senft
Durante décadas, todos los datos disponibles habían indicado que estas estructuras separadas solo podían producir un tipo de coloración u otra: pigmentaria o estructural. Pero cuando el coautor e investigador del MBL, Stephen L. Senft, miró de cerca los cromatóforos del calamar, vio que la iridiscencia brillaba en perfecta alineación con el pigmento.
"En esa capa superior, incrustada en el órgano cromatóforo, hay una coloración estructural", dice Hanlon. "Nadie había encontrado algo así".
Hanlon, que ha pasado la mayor parte de cuatro décadas estudiando la biología de los cefalópodos, repasó sus viejas diapositivas Kodachrome de cromatóforos. Efectivamente, encontró una fotografía de iridiscencia azul reflejada en un cromatóforo. En ese momento, había asumido que el azul brillante era de un iridóforo más profundo de la piel.
"Vi esto en 1978, y no me di cuenta de lo que estaba viendo", dice Hanlon. "Es increíble".
Esta vez, los investigadores están seguros de que la iridiscencia proviene de los cromatóforos. El equipo (incluidos los científicos del MBL Alan M. Kuzirian y Joshua C. Rosenthal, así como científicos del MIT y la Universidad de New Hampshire) encontraron las proteínas que crean la iridiscencia, apropiadamente conocidas como reflectinas, en las células que rodean los sacos de pigmento.
Vídeo: Cromatóforos amarillos altamente reflectantes sobre marrones menos reflectantes. Debajo se ve el movimiento del músculo del manto. Crédito: Stephen Senft
Este inesperado descubrimiento, que el cromatóforo está utilizando la coloración tanto pigmentaria como estructural para crear sus efectos dinámicos, abre nuevas oportunidades para biólogos y químicos por igual.
"Rompimos el tipo de paradigma conocido de cómo funciona la piel en el mundo de los cefalópodos", dice Hanlon.
Los biólogos como Hanlon pueden usar esta nueva información para comprender mejor estas fascinantes especies. Químicos aplicados como Deravi pueden usarlo para trabajar con ingeniería inversa las capacidades de cambio de color de los cefalópodos para uso humano.
"Estamos reuniendo una hoja de ruta, esencialmente, sobre cómo funcionan estos animales", dice Deravi. “Nuestro objetivo final es tratar de crear algo como un material, un dispositivo portátil, una pintura o un revestimiento, que pueda cambiar de color muy rápidamente como lo hacen estos animales. No es un objetivo tan inverosímil hoy como lo fue incluso hace tres años".
Artículo científico: Dynamic pigmentary and structural coloration within cephalopod chromatophore organs
