Het donkerste geheim van de mutiliden: hoe ultrazwarte dieren technologie inspireren

Er zijn maar weinig mensen die de uitdaging hebben aangenomen om mutiliden te bestuderen. Deze insecten, beter bekend als fluweelmieren, zijn interessant en lastig te onderzoeken. Zoals een klassiek werk over hen het stelt: “Geen enkele [Hymenoptera-soort] kan meer uren van fascinatie en frustratie opleveren dan de fluweelmieren.”

Hoewel ze er door de dichte haarlaag op hun lichaam fluweelachtig uitzien, zijn het geen echte mieren. Ze zijn namelijk nauwer verwant aan wespen. Momenteel omvat de familie Mutillidae 4693 soorten, maar over het overgrote deel ervan hebben we geen informatie .

De redenen hiervoor zijn te vinden in hun biologie. Mannetjes en vrouwtjes vertonen extreem seksueel dimorfisme : vrouwtjes zijn vleugelloos en groot, terwijl mannetjes vleugels hebben en meestal kleiner zijn. Dit maakt de taxonomie lastig, omdat dezelfde soort vaak als verschillende geslachten wordt beschreven.

Vrouwtjes zoeken nesten van andere insecten, zoals solitaire wespen, om hun eieren te leggen. Zodra de larven uitkomen, voeden ze zich met de gastheerpop en fungeren ze als parasieten . Dit gedrag maakt het ook lastiger om het te bestuderen, omdat het de interacties tussen soorten in hun natuurlijke omgeving moet observeren en begrijpen. Bovendien zijn ze vanwege hun solitaire levensstijl bijzonder moeilijk te vinden.

Er zijn echter ook mensen voor wie moeilijkheden geen ontmoediging vormen, maar juist een aantrekkingskracht. Dat is bijvoorbeeld het geval bij Vinicius López, entomoloog aan de Federale Universiteit van de Mijndriehoek in Brazilië. Zoals hij aan EL PAÍS vertelt: “Als je mutiliden bestudeert, lijkt elke ontdekking meer vragen op te roepen dan antwoorden te geven . Dat gevoel van mysterie en de constante uitdaging om ze te begrijpen, vind ik absoluut charmant.”

Er is met name een soort genaamd Traumatomutilla bifurca , die zijn aandacht trok vanwege zijn bijzondere zwart-witte kleurstelling. “Tijdens een expeditie in het Chapada dos Guimarães Nationaal Park zag ik deze soort op licht zand lopen en ik had de indruk dat de witte banden dreven, alsof de zwarte delen niet bestonden,” legt Vinicius López uit, “het was een moment dat ik nooit zal vergeten.”

Jaren later arriveerde er in zijn laboratorium een ​​spectrometer waarmee het licht dat door verschillende oppervlakken werd weerkaatst, kon worden gemeten. Samen met zijn team besloot hij het zwart in de cuticula van T. bifurca te meten. Als onderdeel van de kalibratie bevat dit instrument specifieke referenties voor wit (maximale reflectie) en zwart (minimale reflectie). Ze ontdekten dat het zwart van T. bifurca minder licht weerkaatste dan de zwartkalibrator in de spectrometer. “De ontdekking bevestigde voor ons dat we te maken hadden met een uniek fenomeen, dat de moeite waard is om te bestuderen ”, aldus de entomoloog.

Vinicius en zijn team hadden een kleur gevonden die bekendstaat als ultrazwart. Deze kleur kenmerkt zich door de weerkaatsing van minder dan 0,5% van het invallende licht. In de natuur is deze kleur uiterst zeldzaam en wordt alleen aangetroffen bij een paar dieren, zoals de pauwspin ( Maratus tasmanicus ), de paradijsvogel ( Lophorina niedda ), de gabonadder ( Gabonadder ) of de Griekse muiltjesvlinder ( Catonephele numilia ).

Bij elk dier heeft deze kleur zich onafhankelijk ontwikkeld en biedt het verschillende evolutionaire voordelen. Bij pauwspinnen en paradijsvogels accentueert ultrazwart andere felle kleuren, waardoor het visuele contrast toeneemt en partners worden aangetrokken. Bij de Gabonadder zorgt het ervoor dat hij zijn temperatuur beter kan regelen en zich beter kan camoufleren, terwijl het bij de Griekse muiltjesvlinder helpt om roofdieren in verwarring te brengen.

In het geval van Traumatomutilla bifurca is de functie van ultrablack niet geheel duidelijk. Het seksuele gedrag van mutiliden is nog steeds slecht begrepen, maar het lijkt er niet op dat de kleur van de vrouwtjes dient om mannetjes aan te trekken. In plaats daarvan zou het hen kunnen helpen om roofdieren te ontwijken.

Mutiliden staan ​​bekend om hunanti-roofdierstrategieën . Vrouwtjes lijken op kleine gepantserde tanks: ze hebben een ongelooflijk sterk exoskelet en een zeer krachtige, giftige angel. Bovendien hebben ze kleurpatronen die overeenkomen met andere soorten in hun omgeving die ook giftig zijn. Dit wordt ook wel Mülleriaanse mimicry genoemd. Vreemd genoeg zijn er nauwelijks interacties waargenomen tussen deze mieren en insectenetende roofdieren. Zoals Vinicius López uitlegt: “Het blijft een mysterie wie hun natuurlijke vijanden zijn, wat het bestuderen ervan nog intrigerender maakt.”

Maar bij mutiliden is niet alles onopgelost. Met behulp van geavanceerde technieken zoals scanning elektronenmicroscopie (SEM) en transmissie elektronenmicroscopie (TEM) hebben Vinicius López en zijn team ontdekt hoe deze insecten erin slagen zo'n donkere kleur te produceren. Onlangs publiceerden ze hun resultaten in het Belstein Journal of Nanotechnology .

Het oppervlak van de cuticula van T. bifurca is bedekt met een dichte laag stekels die als lichtvangers fungeren en het licht naar de cuticula leiden. Onder deze oppervlaktelaag bevindt zich een reeks overlappende lagen die een driedimensionaal netwerk vormen. Deze opstelling vergroot de lichtabsorptie nog verder, omdat het licht meerdere keren binnen de lamellen terugkaatst totdat het uiteindelijk wordt geabsorbeerd door pigmenten, waarschijnlijk melanine. Het is een perfecte combinatie van nano-engineering en biochemie.

Dergelijke onderzoeken bieden mogelijkheden voor praktische toepassingen in de technologie. De wetenschap is er al in geslaagd om deze mechanismen in laboratoria na te bootsen met behulp van koolstofnanobuisjes en structuren die lijken op die van deze dieren. Volgens Stanislav Gorb, hoogleraar aan het Zoölogisch Instituut van de Universiteit van Kiel en een van de belangrijkste experts op het gebied van biomimetische materialen, ligt een van de succesvolste toepassingen ervan in optische apparaten zoals microscopen en telescopen, waar ultrazwarte oppervlakken interne reflecties verminderen en zo de kwaliteit van de verkregen beelden verbeteren.

Zo maakte Vantablack , een van de bekendste ultrazwarte materialen, in 2015 zijn debuut in de ruimte, door de sterrenvolger op de microsatelliet Kent Ridge 1 te coaten. Hoewel het een donkere omgeving lijkt, is de ruimte erg licht. De Ventablack absorbeert licht dat de sensoren van de tracker binnenkomt, waardoor de tracker beter de positie ten opzichte van de sterren kan bepalen.

Stanislav Gorb is van mening dat een van de meest veelbelovende ontwikkelingen op het gebied van ultrazwart de toepassing ervan in zonnepanelen is. Vergeleken met de huidige coatings, die een deel van het invallende licht kunnen reflecteren, zorgt ultrablack ervoor dat vrijwel alle beschikbare lichtenergie door de fotovoltaïsche cellen wordt opgevangen. Op de lange termijn kan deze technologie een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van de prestaties van hernieuwbare energie en de ontwikkeling van duurzamere en concurrerendere oplossingen stimuleren.

Toen Vinicius López voor het eerst T. bifurca op het witte zand tegenkwam, dacht hij waarschijnlijk niet aan telescopen of zonnepanelen. Zijn interesse in mutiliden was niets anders dan het leren begrijpen van dieren die weigeren hun geheimen prijs te geven. Maar in de natuur is alles met elkaar verbonden en het donkerste geheim van een insect kan een bron van inspiratie zijn voor een nieuwsgierige primaat die de ruimte in reist.