Näiden amerikkalaisten ja aasialaisten perhosten siipien musta on jopa sata kertaa mustempaa kuin tavallinen musta. Kuva: <span class="photographer">Richard Stickney/Museum of Life and Science</span>
Näiden amerikkalaisten ja aasialaisten perhosten siipien musta on jopa sata kertaa mustempaa kuin tavallinen musta. Kuva: Richard Stickney/Museum of Life and Science

Ohut rakenne auttaa insinöörejä rakentamaan kevyitä mutta hyvin tummia pintoja.

Sanomalehden painomuste ei tee oikeutta oheisten perhosten hyvin mustille siiville.

Tutkijat ovat selvittäneet, miten perhosten siivet ovat mustaakin mustempia.

Duken yliopistossa Pohjois-Carolinassa on tutkittu perhosia, joiden siivet ovat 10–100 kertaa tummempia kuin hiili, uusi asfaltti tai musta sametti.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

Musta on mustaa, koska se imee kaikki valon aallonpituudet eikä heijasta valoa takaisin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Mustimmat siivet heijastavat valoa vain 0,06 prosenttia.

”Jotkin eläimet ovat omaksuneet mustan värin äärimmäisyyksiin”, sanoo Duke-yliopiston jatko-opiskelija Alex Davis Phys.org-verkkosivustolla.

Perhoset sitovat lähes kaiken valon siipiinsä. Valo uppoaa siivessä muutaman mikronin eli metrin miljoonasosan syvyyteen.

Siipien ohuus on vain murto-osia siitä, miten ohueksi ihminen yleensä kykenee valmistamaan mustimman pinnan. Hyvin mustia pintoja on tehty esimerkiksi aurinkopaneeleihin. Näin niihin imeytyy enemmän auringonvaloa. Perhosia tutkimalla pinnan ehkä saisi tehtyä kevyemmäksi.

Duken yliopiston tutkijat selvittivät kymmenen hyvin mustasiipisen perhoslajin siipien rakenteita. Mukana oli neljä tavallisen mustaa tai tummanruskeaa lajia. Ne kaikki elävät Keski- ja Etelä-Amerikassa tai Aasiassa.

Siipiä tutkittiin hyvin tarkan tunnelointimikroskoopin avulla. Lisäksi tutkijat työstivät siivistä tietokonemallit.

Siivet näyttävät paljaalle silmälle sileiltä. Jos siipeä katsoo tuhatkertaisena suurennoksena, siipeä peittävistä pienistä suomuista paljastuu koloja ja harjanteita.

Ultramustien siipien tutkijat havaitsivat, että eri perhoslajit imevät valoa eri kokoisiin ja näköisiin rakenteisiin. Niitä on hunajakennoista suorakulmioihin ja harjanteisiin. Valo kanavoituu näihin siiven pinnanalaisiin huokosiin. Lopulta valo siroaa pieniin rakenteisiin lähes kokonaan.

Tämä ei ole kuitenkaan koko totuus, sanoo Davis.

Mustimpien siipien suomuissa on se sama piirre, että harjanteet ulottuvat syvälle siipeen ja ne ovat tavallista paksumpia.

Tietokone paljasti, että erot olivat näissä rakenteissa jopa 16-kertaisia. Se vastaa sitä, että siiven väri muuttuisi ultramustasta tummanruskeaksi, kertoo Davis.

Tämä kolmiulotteinen rakenne imee valoa niin hyvin, että pinta näyttää yhä mustalta, vaikka sen päällystää kirkkaalla kullalla.

”Siivestä on lähes mahdotonta saada kirkasta”, sanoo Davis.

Perhosen siipien rakenne on hyvin hienojakoinen. Siipien suomut sisältävät yleensä väriaineita. Jos perhosen siiven ottaa käteen, irtoaa siivestä suomuja hienona pölynä.

Duken yliopiston tutkijat huomasivat myös, että hyvin tummasiipiset perhoset maailman eri alueillakäyttävät väritykseen samaa konstia.

Yksikään tutkituista perhoslajeista ei käytä siipien mustaamiseen runsasta melaniinipigmenttiä, vaikka niin voisi luulla.

Eläimillä, kasveilla ja alkueliöillä juuri melaniini tuottaa pinnan värin. Se tekee korpin siivestä mustan ja mustaa kissan turkin. Paratiisilintujen ja hämähäkkien joillakin lajeilla on myös hyvin musta pinta.

Perhosten siipien mustan voi pikemmin tulkita harhakuvaksi, jonka siis tuottavat siipien suomujen kolmiulotteiset kolot.

Materiaalien tutkijat ovat kovalla työllä pystyneet parempaan kuin luonto.

On valmistettu keinotekoista mustaa, joka heijastaa alle 0,01 prosenttia tulevasta valosta. Tällaiset pinnat on tehty tiuhaan pakatuista nanoputkista, joiden korkeus on vain 10–50 mikronia eli metrin miljoonasosaa. Nanoputket ovat rivissä kuin pilarit. Rakenne on parasta nanotekniikkaa ja siksi kallista.

Jos insinööri pystyisi samaan kuin luonto, aurinkopaneelit saisi halvalla kevyemmiksi. Häivehävittäjän voisi maalata tummaksi ja samalla keventää sitä.

Miksi luonto suosii mustia siipiä?

”Musta väri on viesti lajitovereille, tai ehkä petoeläimelle”, Davis pohtii. Urosperhosten siivet ovat mustempia kuin naaraiden, sanovat Duken yliopiston tutkijat.

Yksi teoria on, että mustan sävyt auttavat naaraita parinvalinnassa. Mustat alueet reunustavat valkoisia ja värillisiä siiven pisteitä. Musta kehystää kirkkaita kohtia. Ne tulevat hyvin näkyviin.

”Taiteilijat ovat tienneet tämän pitkään. Sama väri voi näyttää hyvin erilaiselta eri taustalla”, sanoo biologi Sönke Johnsen Dukesta.

Tutkimuksen julkaisi tiedelehti Nature Communications.

Sisältö jatkuu mainoksen alla