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¿Por qué este escarabajo es dorado?

Aunque entre los animales e insectos existen una amplísima variedad de colores, seguramente te sorprenderá descubrir por qué el cuerpo de un grupo de escarabajos parece estar bañado por algún metal precioso.

¿Por qué este escarabajo es dorado? (Alvaro Bayon)
Entre los animales existen una gran variedad de colores. Algunos grupos son más discretos, pero otros, como ciertas aves o algunas mariposas, exhiben coloraciones vivas, vibrantes y llamativas. En algunos, como las plumas de la urraca, se aprecia un brillo metálico cuando la luz incide sobre ellas. Pero hay un grupo de escarabajos cuyo cuerpo parece estar bañado por algún metal precioso.
Escarabajo dorado

‘Chrysina aurigans’, escarabajo de oro.

Los escarabajos de metal

Se trata del género Chrysina, de la familia Scarabaeidae —la misma a la que pertenece el escarabajo pelotero—, cuyo nombre vernáculo es ‘escarabajo joya’. Este gran grupo de escarabajos, de entre 1 y 4 centímetros de longitud, engloba especies con colores verdes más o menos llamativas, algunas, como C. gloriosa, con bandas metalizadas que cubren los élitros, y otras, como C. quetzalcoatli, con patrones granates mezclados con los verdes.
Pero tal vez, las especies más llamativas del género son aquellas que presentan todo el cuerpo con un brillo metálico característico: C. chrysargyrea es verde oscuro metálico; C. optima aún más oscuro, casi negro brillante, como un mineral de hematite; C. limbata, totalmente plateado; C. resplendens muy similar, aunque más amarillento. Y por supuesto, el escarabajo que encabeza este artículo, Chrysina aurigans, que parece estar hecho del oro más fino.
Los miembros del género Chrysina habitan exclusivamente en el continente americano, desde el sur de Estados Unidos, pasando por México y Centroamérica, hasta Venezuela, Colombia y Ecuador.
No obstante, también hay escarabajos con tonos metalizados en otras partes del mundo. En España contamos con la presencia rutilante de Cetonia aurata, de la misma familia Scarabaeidae, que brilla de forma más modesta en un verde oscuro, con textura rugosa y manchas de color crema mate.
El escarabajo dorado

El escarabajo dorado (‘C. aurigans’) y el plateado (‘C. limbata’), uno junto a otro (Campos-Fernández et al., 2011).

¿Tienen metal los escarabajos metalizados?

Los escarabajos metalizados europeos, como Cetonia aurata, son sin duda impresionantes, pero su rugosidad los delata como criaturas vivas. El brillo metálico del género Chrysina, combinado con su superficie lisa, los hace parecer realmente escarabajos de oro, plata o platino finamente pulidos y cuidadosamente elaborados por algún orfebre. Ya en fotografía son impresionantes, pero en vivo rompen todos nuestros esquemas.
La primera intuición nos lleva a pensar que esta curiosidad se debe a que la criatura debe de almacenar metal en la superficie de su exoesqueleto. Cuando se observa el espectro de reflexión de la luz visible de C. aurigans y se compara con el del oro, se puede apreciar que, aunque la cutícula del escarabajo refleja menos la luz que el metal precioso, la forma de la gráfica es muy similar.
Escarabajo dorado

Gráfica de reflexión de la luz visible para el oro y para el escarabajo ‘C. aurigans’ (Campos-Fernández et al., 2011)

Sin embargo, estos escarabajos no almacenan metal en su cutícula. El origen de ese brillo se encuentra en las microestructuras de su exoesqueleto.

Un color estructural dado por la cutícula

En la naturaleza hay dos formas de exhibir el color. Una, la más conocida, es mediante el uso de pigmentos, moléculas que absorben determinadas longitudes de onda de la luz visible y reflejan otras. Son pigmentos la clorofila que le dan a las plantas su tono verde o la melanina que tiñe nuestra piel en una amplia diversidad de tonos. Pero lo que da color a los escarabajos joya no son pigmentos; sino una segunda forma, menos conocida aunque también presente en otros animales, como en las alas de las mariposas o en las plumas de algunas aves. Se trata del color estructural.
La cutícula de los escarabajos —y en general, de los insectos— se compone de tres capas. La capa exterior, denominada epicutícula, fina y transparente, compuesta de sustancias hidrófobas que impermeabilizan el cuerpo del animal y previene la deshidratación. A pesar de su aparente fragilidad, dispone de propiedades ópticas muy interesantes; cuando su superficie es totalmente lisa, dispersa la luz de forma muy eficiente, dándole al animal un aspecto brillante.
La capa inferior es la endocutícula. Es la capa más resistente, rígida y robusta, forma la parte dura del exoesqueleto de los insectos y su función es esencialmente estructural.
Entre la epicutícula y la endocutícula se encuentra una capa intermedia, la exocutícula, responsable de la coloración. En el escarabajo joya, la exocutícula es laminar, y se compone de muchas capas apiladas de quitina. Estas láminas se alternan entre algunas compuestas exclusivamente de quitina, transparente, y otras con diminutos cristales de ácido úrico, quemultiplican la reflectividad de la superficie hasta por 20.
355-escarabajo-dorado-esquema Esquema de la estructura de la cutícula del escarabajo joya, representando la reflexión y refracción de la luz incidente (Thomas et al., 2007).
Esquema escarabajo dorado

Esquema de la estructura de la cutícula del escarabajo joya, representando la reflexión y refracción de la luz incidente (Thomas et al., 2007).

La reflexión y refracción de la luz

Pero esta luz no se refleja siempre de la misma forma. Todos hemos observado alguna vez cómo un lápiz en un vaso de agua parece doblarse; un fenómeno que se debe a que el índice de refracción de la luz es distinto en el aire que en el agua, y al incidir la luz sobre la superficie del líquido, los rayos “se doblan” y generan ese efecto óptico.
Del mismo modo, cuando incide la luz sobre la epicutícula del escarabajo y se adentra, capa a capa, en la exocutícula, la luz se va refractando y reflejando, dispersando las distintas longitudes de onda, como un prisma de cristal. En los escarabajos plateados, todas las longitudes de onda consiguen salir y el brillo metálico resultante es blanco —la suma de todos los colores de luz—.
Sin embargo, en otros escarabajos, no todas las longitudes de onda se reflejan con la misma efectividad.
Dependiendo de la composición microcristalina de las capas alternas de quitina con ácido úrico, ciertas longitudes de onda quedan atrapadas en el interior de la cutícula, sin poder salir. En los escarabajos dorados, las longitudes de onda azules y verdes quedan atrapadas, liberándose repentinamente las amarillas y subsiguientes, como se muestra en la gráfica de reflexión. Un espectro similar al del oro. En otros casos se retienen también las longitudes de onda amarillas, dando brillos más cobrizos o, al contrario, se retienen los naranjas y rojos y dejan pasar el resto, que dan lugar a brillos verdes.
Referencias:
Campos-Fernández, C. et al. 2011. Visible light reflection spectra from cuticle layered materials. Optical Materials Express, 1(1), 85-100. DOI: 10.1364/OME.1.000085
Hernández-Jiménez, M. et al. 2014. Qualitative correlation between structural chirality through the cuticle of Chrysina aurigans scarabs and left-handed circular polarization of the reflected light. Optical Materials Express, 4(12), 2632-2645. DOI: 10.1364/OME.4.002632
Libby, E. et al. 2014. Light reflection by the cuticle of C. aurigans scarabs: a biological broadband reflector of left handed circularly polarized light. Journal of Optics, 16(8), 082001. DOI: 10.1088/2040-8978/16/8/082001
Thomas, D. B. et al. 2007. Reflections On Golden Scarabs. American Entomologist, 53(4), 224-230. DOI: 10.1093/ae/53.4.224
Vargas, W. E. et al. 2016. Light Reflection by Cuticles of Chrysina Jewel Scarabs: Optical Measurements, Morphology Characterization, and Theoretical Modeling. Optics and Photonics Journal, 6(7), 146-163. DOI: 10.4236/opj.2016.67017

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