Contrairement à de nombreux insectes vibrants, qui dépendent uniquement des pigments pour leurs couleurs, le miroitement radieux d'un papillon a une source spéciale :la structure et la disposition précises des écailles microscopiques sur ses ailes. Ces écailles petites mais puissantes fournissent une irisation ainsi qu'un maintien de la température corporelle et une protection contre les éléments.
Pour la première fois, les scientifiques du MIT ont mis au point un moyen d'observer et d'enregistrer ces écailles microscopiques à mesure qu'elles grandissent et se superposent sur un papillon en développement à l'intérieur de sa chrysalide. L'équipe a élevé des papillons belle dame, Vanessa cardui , attendant que les chenilles s'enferment dans des chrysalides. Une fois la métamorphose commencée, l'équipe a découpé les cuticules de chaque chrysalide et recouvert les ouvertures de lamelles de verre, leur permettant de voir les ailes se développer à travers cette fenêtre. L'équipe a enregistré le développement de l'échelle de l'aile du début à la fin et a publié ses découvertes dans Proceedings of the National Academy of Sciences .
Les écailles de papillon sont des microstructures complexes, mais la plupart de ce que l'on sait de leur formation est basée sur des images fixes d'ailes de papillon en développement et matures. L'équipe savait qu'elle avait besoin d'une vision plus claire et plus complète du développement des ailes de papillon pour comprendre le fonctionnement des écailles.
« Les études précédentes fournissent des instantanés convaincants à certains stades de développement; malheureusement, ils ne révèlent pas la chronologie continue et la séquence de ce qui se passe à mesure que les structures à l'échelle se développent », a déclaré le co-auteur et ingénieur en mécanique Matthias Kolle dans un communiqué. "Nous avions besoin d'en voir plus pour commencer à mieux comprendre."
Pour visualiser cette séquence continue, l'équipe a utilisé la microscopie en phase de réflexion à corrélation de chatoiement, une technique d'imagerie basée sur la lumière qui applique un champ dispersé de mouchetures lumineuses sur une cible. De larges faisceaux de lumière concentrés peuvent endommager les délicates cellules des ailes de papillon, mais cette méthode crée des cartes tridimensionnelles détaillées des écailles sans ces dommages résiduels. Le co-auteur et ingénieur biologiste Peter So a comparé la microscopie de champ de speckle à "des milliers de lucioles qui génèrent un champ de points d'éclairage".
Grâce à leur imagerie haute résolution, les scientifiques ont découvert que les cellules d'écailles de papillon s'alignaient rapidement en rangées quelques jours après la formation de la chrysalide. Les cellules se sont développées en écailles de couverture, qui se trouvent au-dessus de l'aile, ou en écailles au sol, qui poussent en dessous. Au fur et à mesure que les cellules continuaient à se développer, l'équipe de recherche s'attendait à ce que chaque cellule se plisse et se comprime, comme un accordéon. Au lieu de cela, chaque cellule a développé une sorte d'ondulation, comme l'ondulation d'un toit en métal.
Les auteurs espèrent étudier plus avant le mécanisme de cette ondulation, en cherchant à utiliser les écailles de papillon comme source d'inspiration pour la conception de nouveaux matériaux. Les écailles de papillon ont d'autres propriétés fascinantes telles que l'imperméabilité à l'eau et la capacité de réguler la température. Comprendre la formation de tartre, a déclaré l'auteur principal et ingénieur en mécanique Anthony McDougal dans un communiqué, pourrait aider à "donner à la fois de la couleur et des propriétés autonettoyantes aux automobiles et aux bâtiments. Nous pouvons désormais apprendre du contrôle structurel des papillons sur ces matériaux micro-nanostructurés complexes. »
