Animali, scienza e colori 

Alcuni sono mimetici, altri incredibilmente sgargianti, altri ancora si illuminano di notte o formano disegni intricati. I colori degli animali, dipinti su squame, pelo, piume, pelle e quant’altro copre gli strati più esterni di vertebrati e non, assumono caratteristiche sorprendenti plasmate da raffinati adattamenti evolutivi. Mentre gufi e civette cercano di rendersi poco visibili con un piumaggio mimetico, le rane tropicali sfoggiano colori sgargianti per segnalare la propria tossicità e i pavoni mettono in mostra le piume iridescenti della propria coda per il corteggiamento. Meglio fermarci a questa brevissima lista, perché le strategie cromatiche messe in atto da Madre Natura sono talmente tante e variegate che ogni singolo animale meriterebbe un trattato a sé. L’uomo, dal canto suo, ha sempre cercato di far propria questa ampia gamma cromatica per pigmenti e pitture volti alle applicazioni più disparate. Oggi non è più necessario utilizzare gli animali per estrarre i pigmenti come facevano i Fenici in cerca della porpora, ma si può ricorrere a processi chimici per sviluppare le tinte artificialmente. Eppure, i più recenti sviluppi scientifici hanno permesso ai ricercatori di cogliere caratteristiche inedite delle cromaticità faunistiche e sviluppare tecnologie in grado di imitarle per risolvere problemi concreti. 

I colori, dal punto di vista fisico, corrispondono a diverse frequenze alle quali oscilla la luce che, come spiegò Albert Einstein nel 1905, ne determina l’energia. Il rosso e il violetto si pongono agli estremi del cosiddetto “spettro della luce visibile”, rispettivamente come colore meno e più energico. Il blu ha una frequenza appena più bassa del violetto, mentre l’arancione un po’ più alta del rosso. In mezzo, a connettere le estremità, si trovano in ordine crescente giallo verde e ciano. Gli altri colori, come il magenta, sono un modo del nostro cervello per elaborare combinazioni di diversi colori. Se la luce bianca del Sole, formata da tutti i colori, colpisce ad esempio una cavalletta, vengono assorbite dallo strato esterno dell’esoscheletro tutte le frequenze tranne quelle del verde, che viene riflesso e può essere catturato dal nostro occhio o dalle fotocamere.  Così, è proprio la variazione delle molecole che assorbono la luce che porta a distinguere un gatto di colore rosso da uno di colore nero (che assorbe tutti i colori) e da uno bianco (che riflette tutti i colori).  

Negli ultimi anni, industria, accademia e l’architettura hanno cominciato a guardare con interesse i cosiddetti colori strutturali degli animali, dove la frequenza della luce riflessa non dipende dall’assorbimento dell’energia da parte delle molecole, ma da dalla geometria del materiale. Si generano così colori molto intensi brillanti, opachi e perfino iridescenti, come le penne dei pavoni. I colori strutturali sono così promettenti che lo NCCR bio-inspired materials (Centro Nazionale di Competenza in Ricerca sui materiali di ispirazione biologica) li ha messi al centro del proprio programma interdisciplinare capitanato dall’Università di Friborgo. Tra gli altri progetti, i ricercatori dell’NCCR bio-inspired materials in collaborazione l’Università di Cambridge stanno studiando l’esoscheletro dello cyphochilus, uno scarabeo del sud est asiatico più bianco della carta le cui scaglie sono capaci di riflettere più luce di qualunque altro tessuto biologico. I risultati di questa ricerca sono convogliati nella startup friborghese Seprify (precedentemente nota come Impossibile Materials), che ha sviluppato pigmenti bianchi costituiti da microparticelle di cellulosa vegetale, ottenendo un colorante sostenibile, sicuro e altamente performante per l’industria alimentare e cosmetica. Il pigmento di Seprify si propone come nuova alternativa al biossido di titanio, un colorante bianco brillante utilizzato in pasticceria e nei rivestimenti bandito in Svizzera come additivo alimentare nel 2022 perché, come spiega l’Ufficio federale della sicurezza alimentare e veterinaria, «non si può escludere che particelle di biossido di titanio provochino danni al patrimonio genetico». La startup è riuscita ad attrarre oltre cinque milioni di franchi di finanziamenti nel 2023 e ora si sta avviando verso la commercializzazione del prodotto. 

Anche le ali delle farfalle morfo blu, leggerissime e iridescenti, devono le proprie tonalità metalliche alla struttura delle nanoscopiche lamelle che le ricoprono. I ricercatori dell’Università di Rochester (USA) stanno sviluppando dei metodi per imitare questa nanostruttura e sviluppare un materiale che non rifletta alcuna luce. L’abilità di assorbire tutti i colori, che conferisce alla superficie un aspetto nerissimo, potrebbe significativamente aumentare l’efficienza dei pannelli solari. 

Sebbene non si possa inserire affatto nella categoria “colori”, alcuni animali hanno sviluppato la capacità di produrre luce loro stessi dando vita a un fenomeno noto come bioluminescenza, presente anche in alcuni funghi, batteri e alghe. L’esempio più comune di bioluminescenza è, semplicemente, quella sfoggiata delle lucciole nelle serate estive durante la ricerca di un partner riproduttivo. Oltre a essere incredibilmente suggestiva e affascinante, lo studio della bioluminescenza ha portato a una delle maggiori rivoluzioni della biologia molecolare. Infatti, la scoperta della green fluorescence protein (proteina verde fluorescente, generalmente della gfp) proveniente dalla medusa aequorea victoria ha avuto un impatto così grande che è valsa a Roger Y. Tsien, Osamu Shimomura e Martin Chalfie il premio Nobel per la chimica nel 2008. La fluorescenza consiste nell’assorbimento della luce di un colore, in questo caso blu, e la riemissione ad un colore meno energetico, che per la gfp è il verde. Grazie alla scoperta della gfp, la fluorescenza può essere incorporata direttamente all’interno degli organismi che si stanno studiando. In questo modo, i biologi possono isolare con estrema precisione ciò a cui sono interessati e osservare i processi interni delle cellule come non era mai stato possibile prima. Resta solo da chiedersi quanti altri stratagemmi messi a punto dall’evoluzione potranno un giorno ispirare la ricerca scientifica e far progredire il nostro sviluppo tecnologico.