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El color intenso de una pluma de pavo real no se basa en pigmentos, sino que es un ejemplo de color estructural. Los materiales con color basado en pigmentos absorben ciertas longitudes de onda de luz y reflejan otras. Por otro lado, el color estructural surge de la interacci\u00f3n f\u00edsica entre la luz y las estructuras a escala nanom\u00e9trica. En los ocelos de las plumas de la cola, las nanopart\u00edculas de melanina recubiertas de queratina forman conjuntos muy regulares y finamente espaciados (estructuras repetidas a escala de cientos de nan\u00f3metros), que reflejan la luz en patrones iridiscentes predecibles.<\/p>\n\n\n\n
En las plumas de pavo real, estas estructuras se encuentran dentro de finos filamentos conocidos como b\u00e1rbulas. Estas disposiciones peri\u00f3dicas funcionan como cristales fot\u00f3nicos naturales: materiales que permiten el paso de ciertas longitudes de onda de luz, mientras que excluyen otras.<\/p>\n\n\n\n
El nuevo estudio parti\u00f3 de una pregunta audaz: \u00bfpodr\u00edan estas mismas microestructuras hacer algo m\u00e1s que reflejar la luz? \u00bfPodr\u00edan, en las condiciones adecuadas, amplificarla?<\/p>\n\n\n\n
L\u00e1seres en los ocelos<\/h2>\n\n\n\n
Para probar la idea, los investigadores aplicaron rodamina 6G, un colorante com\u00fanmente usado en l\u00e1seres de laboratorio, a las manchas oculares de las plumas de pavo real. Ti\u00f1eron y secaron cada muestra varias veces para permitir que el colorante penetrara completamente en las estructuras internas. Luego, aplicaron un pulso de luz l\u00e1ser de 532 nan\u00f3metros a las plumas te\u00f1idas: luz verde, cercana al m\u00e1ximo de absorci\u00f3n de la rodamina. Y detectaron algo extraordinario.<\/p>\n\n\n\n
De las plumas emergi\u00f3 luz l\u00e1ser: delgadas y brillantes l\u00edneas espectrales a 574 y 583 nan\u00f3metros, en el rango amarillo-naranja. Estas emisiones eran inconfundiblemente estrechas, coherentes y dependientes del bombeo: las tres caracter\u00edsticas distintivas del l\u00e1ser aut\u00e9ntico, a diferencia del mero brillo de la fluorescencia com\u00fan.<\/p>\n\n\n\n
Los cient\u00edficos observaron las mismas l\u00edneas l\u00e1ser en cada parte del ocelo de la pluma, independientemente del color. Esto no puede ser una coincidencia. “Es como tirar dos dados de 100 caras y obtener siempre los mismos dos n\u00fameros”,\u00a0dijo<\/a>\u00a0el f\u00edsico Nathan Dawson, autor principal del estudio.<\/p>\n\n\n\n La emisi\u00f3n l\u00e1ser se ha observado ocasionalmente en materiales biol\u00f3gicos, pero casi siempre como una forma de “emisi\u00f3n l\u00e1ser aleatoria”. Este efecto se produce cuando la luz se dispersa ca\u00f3ticamente a trav\u00e9s de medios desordenados. Se han reportado l\u00e1seres aleatorios en todo tipo de materiales, desde plumas de loro hasta tejido humano. Sin embargo, sus emisiones son impredecibles y var\u00edan en longitud de onda incluso con peque\u00f1os cambios en la estructura o la iluminaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Las plumas de pavo real no mostraron ninguna de estas aleatoriedades. Independientemente del color de la regi\u00f3n de la pluma que el equipo analiz\u00f3, surgieron las mismas dos l\u00edneas l\u00e1ser, con longitudes de onda casi id\u00e9nticas. Los resultados fueron consistentes en m\u00faltiples plumas y m\u00faltiples experimentos.<\/p>\n\n\n\n “Si estos fueran modos l\u00e1ser aleatorios, no se observar\u00edan los mismos picos siempre. La consistencia implica que existe una estructura de retroalimentaci\u00f3n muy regular que realiza el trabajo”.<\/p>\n\n\n\n Los autores proponen que estructuras diminutas, previamente no caracterizadas \u2014quiz\u00e1s gr\u00e1nulos de prote\u00edna o cavidades de queratina a escala nanom\u00e9trica\u2014 forman las cavidades resonantes necesarias para la emisi\u00f3n l\u00e1ser. Estos resonadores hipot\u00e9ticos, incrustados en las b\u00e1rbulas de las plumas, necesitar\u00edan ser extraordinariamente consistentes en tama\u00f1o y propiedades \u00f3pticas para producir las l\u00edneas espectrales uniformes observadas en los experimentos.<\/p>\n\n\n\n Los autores proponen que estructuras diminutas, previamente no caracterizadas \u2014quiz\u00e1s gr\u00e1nulos de prote\u00edna o cavidades de queratina a escala nanom\u00e9trica\u2014 forman las cavidades resonantes necesarias para la emisi\u00f3n l\u00e1ser. Estos resonadores hipot\u00e9ticos, incrustados en las b\u00e1rbulas de las plumas, necesitar\u00edan ser extraordinariamente consistentes en tama\u00f1o y propiedades \u00f3pticas para producir las l\u00edneas espectrales uniformes observadas en los experimentos.<\/p>\n\n\n\n De hecho, los c\u00e1lculos sugieren que las dos l\u00edneas l\u00e1ser principales corresponder\u00edan a cavidades con longitudes \u00f3pticas de aproximadamente 92 a 93 nan\u00f3metros, diminutas incluso para est\u00e1ndares biol\u00f3gicos. Los modos de galer\u00eda, otra posible explicaci\u00f3n, se descartaron porque requieren geometr\u00edas suaves y circulares que no se encuentran en las plumas de pavo real. La dispersi\u00f3n aleatoria tambi\u00e9n se descart\u00f3 debido a la estabilidad espectral.<\/p>\n\n\n\n \u00bfCu\u00e1l es el prop\u00f3sito evolutivo de esta cavidad l\u00e1ser integrada? Probablemente no exista ninguno. No hay evidencia de que los pavos reales utilicen estas propiedades del l\u00e1ser para comunicarse o exhibirse. Probablemente sea solo una consecuencia de la estructura de sus plumas.<\/p>\n\n\n\n Aun as\u00ed, las implicaciones son significativas. Este descubrimiento podr\u00eda abrir una nueva ventana a la forma en que se organizan las estructuras regulares en los seres vivos. Medir la emisi\u00f3n l\u00e1ser podr\u00eda alg\u00fan d\u00eda ayudar a detectar peque\u00f1as caracter\u00edsticas estructurales en c\u00e9lulas, tejidos o incluso virus, en cualquier lugar donde se pueda aplicar un tinte.<\/p>\n\n\n\n Ya se est\u00e1n explorando los l\u00e1seres biol\u00f3gicos para su uso en el interior del cuerpo, en im\u00e1genes, diagn\u00f3stico y terapia dirigida. Sin embargo, implantar cavidades l\u00e1ser artificiales conlleva complicaciones. \u00bfY si la naturaleza ya las hubiera creado?<\/p>\n\n\n\n Este podr\u00eda ser el primer paso hacia l\u00e1seres totalmente biocompatibles. Estructuras como estas podr\u00edan alg\u00fan d\u00eda usarse como sensores dentro del cuerpo.<\/p>\n\n\n\n \u201cSiempre me gusta pensar que, para muchos logros tecnol\u00f3gicos que benefician a los humanos\u201d, dijo Dawson a\u00a0Science, \u201calg\u00fan organismo en alg\u00fan lugar ya los ha desarrollado a trav\u00e9s de alg\u00fan proceso evolutivo\u201d.<\/p>\n\n\n\n Los hallazgos aparecen en la revista\u00a0Scientific Reports<\/a>. <\/p>\n\n\n\nUna arquitectura oculta en plumas de pavo real<\/h2>\n\n\n\n
Hacia una caja de herramientas l\u00e1ser biol\u00f3gica<\/h2>\n\n\n\n