Adagiato su un pezzo di cartoncino nero, le ali della farfalla mandriano maschio sembrano ancora più nere del nero.

"Alcuni animali hanno portato il nero all'estremo, " ha detto Alex Davis, uno studente laureato nel laboratorio del biologo della Duke University Sönke Johnsen.

Le farfalle che studiano sono da 10 a 100 volte più scure del carbone di legna, asfalto fresco, velluto nero e altri oggetti neri di uso quotidiano. Appena lo 0,06% della luce che li colpisce viene riflessa all'occhio. Che si avvicina ai rivestimenti neri più neri realizzati dall'uomo per aiutare i pannelli solari ad assorbire più energia dal sole, o quella linea di telescopi per ridurre la luce parassita.

Eppure ottengono questo effetto di intrappolamento della luce usando squame alari profonde solo pochi micron, solo una frazione dello spessore dei rivestimenti sintetici più neri.

In uno studio nel numero del 10 marzo della rivista Comunicazioni sulla natura , I ricercatori della Duke riferiscono che le farfalle ultra-nere provenienti da regioni disparate del globo sembrano aver confluito nello stesso trucco. Il segreto per rendere i neri così scuri e leggeri, dicono, non è un'eccedenza di melanina, il pigmento responsabile delle piume di un corvo o della pelliccia di un gatto nero. È un'illusione ottica creata dalla struttura tridimensionale delle squame delle ali delle farfalle.

La luce entra nella loro bilancia, ma molto poco rimbalza indietro.

Nello studio, Davis, Johnsen e il professore della Duke Fred Nijhout hanno utilizzato la microscopia elettronica a scansione ad alta risoluzione e simulazioni al computer per esaminare le strutture microscopiche sulle ali di 10 specie di farfalle ultra nere e quattro normali farfalle nere o marrone scuro dell'America centrale e meridionale e dell'Asia.

Le ali delle farfalle possono sembrare lisce a occhio nudo. Da vicino è tutta un'altra storia. Ingrandito migliaia di volte, le ali delle farfalle sono ricoperte di scaglie con una superficie a rete di creste e fori che incanalano la luce all'interno spugnoso della scaglia. Là, fasci di tessuto simili a pilastri diffondono la luce fino a quando non viene assorbita.

Fino a poco tempo fa, la spiegazione per le incredibili proprietà di assorbimento della luce di alcune farfalle nere era che era dovuta a un motivo a nido d'ape nei minuscoli fori sulla superficie delle squame.

Ma il nuovo studio suggerisce "non importa, " ha detto Johnsen. Osservando le farfalle di quattro sottofamiglie - la più ampia gamma di farfalle ultra-nere che è stata esaminata fino ad oggi - il team ha scoperto che altre farfalle ultra-nere assorbono quantità simili di luce usando fori con una varietà di forme e dimensioni , da favi e rettangoli a un motivo chevron.

Si scopre che le differenze chiave tra le scale nere ultra-nere e regolari si trovano altrove. Quando hanno osservato le ali delle farfalle al microscopio elettronico, hanno scoperto che sia le scaglie nere ultra-nere che quelle regolari hanno creste parallele sulla loro superficie e pilastri all'interno. Ma le creste e i pilastri sono più profondi e spessi nelle scaglie ultra nere rispetto alle scaglie nere "normali".

Quando il team ha imitato diverse scale di ali nelle simulazioni al computer, le squame prive della superficie increspata o dei pilastri interni riflettevano fino a 16 volte più luce. Sarebbe come passare dal nero ultra al marrone scuro, ha detto Davis.

Questa architettura 3D è così brava a ingoiare la luce che le scaglie ultra nere sembravano ancora nere anche se rivestite d'oro.

"Quasi non riesci a farli brillare, " ha detto Davis.

Neri profondi simili sono comparsi in altri animali, come ragni pavone e uccelli del paradiso, che sono noti per riflettere appena lo 0,05% della luce visibile.

Nessuna di queste bellezze naturali è così scura come i neri sintetici più neri mai registrati, che assorbono oltre il 99,99% della luce in entrata utilizzando "foreste" fitte di nanotubi di carbonio di altezza compresa tra 10 e 50 micron. Ma ciò che rende interessanti le farfalle, dicono i ricercatori, rivaleggiano con la migliore nanotecnologia di intrappolamento della luce, utilizzando strutture che sono solo una frazione dello spessore.

In definitiva, i risultati potrebbero aiutare gli ingegneri a progettare rivestimenti ultra neri più sottili che riducono la luce diffusa senza appesantire le cose, per applicazioni che vanno dal camuffamento militare, per velivoli stealth che non possono essere visti di notte o rilevati dal radar, al rivestimento di telescopi spaziali mirati a svenire, stelle lontane.

Il motivo per cui la colorazione ultra-nera è apparsa più e più volte nell'albero genealogico delle farfalle non è ancora chiaro, ha detto Johnsen.

The blackness on the wings of many male butterflies is darker than it is on their female counterparts, so one theory is it helps them show off to potential mates. The black regions always border white, colored, or iridescent patches, so the idea is they might work like a dark picture frame to make the brighter blotches pop.

"Artists have known for a long time that the same color can look very different on different backgrounds, " Johnsen said.

Il prossimo passo, Davis said, is to figure out how many times butterflies have evolved ultra-black wings, and determine whether those species have anything in common that might help explain what favored the change.

"Why be so black?" Davis said. "We think it's likely some sort of signal to mates or maybe a predator. But there's a host of other possibilities, and we're hoping to clear that up."