La diversidad de patrones nanoestructurales corneales entre grupos de artrópodos:(A y B) Nanoestructuras corneales de Trichoptera. Pezones fusionados o de tamaño insuficiente en una matriz de pezones irregulares de la familia Phryganeidae (A) y nanocobertura en forma de laberinto de la familia Limnephilidae (B). (C) Hebras paralelas claramente expresadas en una verdadera araña. (D) Nanopatrón con hoyuelos de una tijereta (Dermaptera). (E) Pezones que se fusionan en un laberinto en las córneas de la mosca de la piedra (Plecoptera). (FandG) Fusión de pezones dípteros individuales en hebras y laberintos paralelos:fusión completa de pezones en hebras y laberintos en toda la superficie corneal en Tabanidae (F); fusión parcial de pezones en el centro de la córnea Tipulidae en protuberancias alargadas y luego fusión completa en una serie de hebras paralelas cerca del borde ommatidial (G). (H) Fusión de madrigueras individuales y hoyuelos en una estructura laberíntica en abejorros (Apidae, Himenópteros) córneas. Todas las dimensiones de la imagen son 5 × 5 μm, excepto por H, que es 3 × 3μm. La altura de la superficie en nanómetros se indica mediante la escala de colores que se muestra junto a las imágenes bidimensionales. Crédito:Artem Blagodatsky et al.
En 1952, El legendario matemático y criptógrafo británico Alan Turing propuso un modelo que asume la formación de patrones complejos a través de la interacción química de dos reactivos en difusión. Los científicos rusos lograron demostrar que los nanopatrones de la superficie corneal en 23 órdenes de insectos encajan completamente en este modelo.
Su trabajo se publica en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
El estudio fue realizado por un equipo que trabaja en el Instituto de Investigación de Proteínas de la Academia de Ciencias de Rusia, (Pushchino, Rusia) y el Departamento de Entomología de la Facultad de Biología de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú.
El objetivo inicial del estudio fue caracterizar los antirreflejos, nanopatrones tridimensionales que cubren la córnea del ojo del insecto con respecto a la taxonomía de los insectos estudiados y para obtener información sobre su posible ruta de evolución.
El resultado fue sorprendente, ya que la morfología del patrón no se correlacionó con la posición del insecto en el árbol evolutivo. En lugar de, Los científicos rusos han caracterizado cuatro nanopatrones corneales morfológicos principales, así como formas de transición entre ellos, omnipresente entre la clase de insectos. Otro hallazgo fue que todas las formas posibles de los patrones coincidían directamente con la variedad de patrones predichos por el famoso modelo de reacción-difusión de Turing publicado en 1952, que los científicos rusos confirmaron no solo a través de la mera observación, pero por modelado matemático, así como. El modelo asume la formación de patrones complejos a través de la interacción química de dos reactivos de difusión.
Una ilustración de la investigación. Crédito:Mikhail Kryuchkov
El análisis se ha realizado mediante microscopía de fuerza atómica con resolución de hasta nanómetros simples. "Este método nos permitió ampliar drásticamente los datos previamente disponibles, adquirido mediante microscopía electrónica de barrido; También hizo posible caracterizar patrones de superficie directamente, no se basa en el análisis de réplicas de metal. Cuando sea posible, Siempre examinamos las córneas que pertenecen a distintas familias de un orden para tener una idea de la diversidad de patrones dentro del orden, "dice el investigador Artem Blagodatskiy.
El trabajo ilumina los mecanismos subyacentes a la formación de nanopatrones biológicos tridimensionales, demostrando el primer ejemplo del modelo de reacción-difusión de Turing que actúa en el bio-nanomundo.
Curiosamente, El mecanismo de nanopatrones de Turing es común no solo para la clase de insectos, pero también para arañas, escorpiones y ciempiés, en otras palabras, parece ser universal para los artrópodos. Debido a las propiedades antirreflectantes de los nanorrevestimientos de córnea de insectos, los mecanismos revelados están allanando el camino para el diseño de nano superficies artificiales antirreflectantes.
"Un desarrollo futuro prometedor del proyecto es un análisis genético planificado de la formación de nanopatrones corneales en la plataforma del modelo bien estudiado de Drosophila melanogaster (mosca de la fruta). Las moscas de la fruta de tipo salvaje poseen una nanocapa de tipo matriz de pezones en sus ojos, dice Blagodatskiy.
Diferentes combinaciones de proteínas sobreexpresadas y subexpresadas que se sabe que son responsables del desarrollo corneal en Drosophila pueden alterar el patrón del pezón a otro tipo de patrón, y así arrojar luz sobre la naturaleza química de los compuestos que forman las estructuras de tipo Turing en los ojos de los insectos. La revelación de proteínas y / u otros agentes responsables de la formación de nanopatrones podría conducir al diseño artificial de nano revestimientos con las propiedades deseadas. Los investigadores también esperan realizar una comparación de las características antirreflectantes de diferentes tipos de nano revestimientos caracterizados.
