Fotonikus nanoarchitektúrák előállítása az Ikarusz boglárka lepkefaj laboratóriumi tenyésztésével
Nanoszerkezetek Laboratórium, Felületkémiai és Katalízis Laboratórium
(HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont)
Magyar Természettudományi Múzeum
2023. augusztus
A lepkék szárnyain előforduló szerkezeti színek fontos funkcióval rendelkeznek a szexuális kommunikációban, ezért sok esetben a fajokra jellemző, specifikus árnyalatok alakultak ki az evolúció évmilliói alatt. Az Ikarusz boglárkák esetében olyan precízen reprodukálódik a szárnypikkelyeikben található fotonikus nanoarchitektúra, hogy a visszaverési spektrum kék tartományába eső csúcs maximumában csupán ±10 nm változatosság mérhető. Ezáltal e lepkefaj egyedeinek szárnyai kiválóan alkalmasak fotonikus nanoszerkezeteket tartalmazó hordozóként azokban az alkalmazásokban, ahol állandó minőségű szerkezeti színekre van szükség. Munkánk során kifejlesztettük a Ikarusz boglárka laboratóriumi populációinak tenyésztésére szolgáló módszertant és infrastruktúrát, mint a nanoszerkezetek költséghatékony és környezetbarát forrását (Piszter Gábor, Bálint Zsolt, Kertész Krisztián, Szatmári Lajos, Sramkó Gábor, Biró László Péter: Breeding Polyommatus icarus serves as a large-scale and environmentally friendly source of precisely tuned photonic nanoarchitectures. Insects, 2023).
A laboratóriumban kontrollált környezeti körülményeket biztosító, egyedi fejlesztésű inszektárium használatával egy év alatt összesen 7500 szárnymintát, azaz mintegy 1 m2 fotonikus nanoarchitektúrát tartalmazó felületet tudtunk előállítani. A laboratóriumi példányok fényvisszaverési tulajdonságait vizsgálva azt tapasztaltuk, hogy a szerkezeti színük fele akkora változatossággal rendelkezett, mint a természetes populációkból származó fajtársaiké. Ennek oka az inszektárium által biztosított ideális környezet, de a tenyésztésből származó genetikai különbségek is befolyásolhatták. A lepkék mikroszatellit-alapú genotipizálása során azt találtuk, hogy a laboratóriumi populáció jelentős genetikai eróziót mutatott a természetes populációkhoz hasonlítva, de ez még négy generációnyi beltenyésztés után is csak minimális eltéréseket okozott a szerkezeti színükben. Ez a kivételes reprodukálhatóság azt jelzi, hogy a laboratóriumi tenyésztés magas minőségű, megbízható fotonikus alapanyagforrást jelenthet a potenciális alkalmazások számára, amely a lepkék számára szükséges zöldfelület méretének növelésével skálázható.
(A) Laboratóriumi lepketenyésztésre alkalmas inszektárium, (B) benne az etetőn pihenő Ikarusz boglárka lepkékkel. A kék színű hím és a barna nőstény (C) fotója, valamint (D) tipikus visszaverési spektrumaik. (E) A csúcsmaximum hullámhosszpozíciójának statisztikája természetes és laboratóriumi populációk esetében. (F) Jelentős genetikai különbség tapasztalható a beltenyésztett laboratóriumi példányok és a természetes populációk között, ami nem volt hatással a szerkezeti szín átlagértékére (E).
