เกล็ดปีกผีเสื้ออาจเป็นแรงบันดาลใจสำหรับวัสดุใหม่ โดย HANNAH SEO | เผยแพร่ 23 พ.ย. 2564 16:00 น ศาสตร์สัตว์
เกล็ดที่ทับซ้อนกันสีแดงและสีเขียวพัฒนาเป็นปีกของผีเสื้อภายในดักแด้ Anthony McDougal และ Sungsam Kang/MIT
ประกายระยิบระยับที่เปล่งประกายของผีเสื้อต่างจากแมลงที่มีชีวิตชีวาหลายๆ ตัวที่ต้องอาศัยเม็ดสีเพียงอย่างเดียว เพราะแสงระยิบระยับที่เปล่งประกายของผีเสื้อนั้นมีแหล่งที่มาพิเศษ นั่นคือ โครงสร้างและการจัดเรียงที่แม่นยำของเกล็ดขนาดเล็กบนปีกของมัน เครื่องชั่งขนาดเล็กแต่ทรงพลังเหล่านั้นให้สีรุ้งตลอดจนการรักษาอุณหภูมิของร่างกายและป้องกันองค์ประกอบต่างๆ
เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ของ MIT
ได้ออกแบบวิธีการดูและบันทึกตาชั่งด้วยกล้องจุลทรรศน์ขณะที่พวกมันเติบโตและปูกระเบื้องตัวเองบนผีเสื้อที่กำลังพัฒนาภายในดักแด้ของมัน ทีมงานได้เลี้ยงผีเสื้อสาวVanessa carduiขึ้นมาเพื่อรอให้หนอนผีเสื้อห่อหุ้มตัวเองด้วยดักแด้ เมื่อการแปรสภาพเริ่มต้นขึ้น ทีมงานได้ตัดเป็นหนังกำพร้าของดักแด้แต่ละตัวและปิดช่องเปิดด้วยแผ่นกระจกเพื่อให้พวกมันมองเห็นปีกที่กำลังพัฒนาผ่านหน้าต่างนั้น ทีมงานได้บันทึกการพัฒนาขนาดปีกตั้งแต่ต้นจนจบและเผยแพร่ผลการวิจัยใน รายงานการประชุม ของNational Academy of Sciences
เกล็ดผีเสื้อเป็นโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อน แต่สิ่งที่ทราบเกี่ยวกับการก่อตัวของมันส่วนใหญ่มาจากภาพนิ่งของปีกผีเสื้อที่กำลังพัฒนาและเติบโตเต็มที่ ทีมงานรู้ว่าพวกเขาต้องการมุมมองที่ชัดเจนและครอบคลุมมากขึ้นเกี่ยวกับการพัฒนาปีกผีเสื้อเพื่อทำความเข้าใจวิธีการทำงานของตาชั่ง
“การศึกษาก่อนหน้านี้ให้ภาพรวมที่น่าสนใจในขั้นตอนการพัฒนาที่เลือก น่าเสียดายที่พวกเขาไม่ได้เปิดเผยไทม์ไลน์ต่อเนื่องและลำดับของสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อโครงสร้างของมาตราส่วนเติบโตขึ้น” Matthias Kolle ผู้เขียนร่วมและวิศวกรเครื่องกลกล่าวในแถลงการณ์ “เราต้องเห็นมากขึ้นเพื่อเริ่มทำความเข้าใจให้ดีขึ้น”
[ที่เกี่ยวข้อง: คู่มือเริ่มต้นสำหรับการดูผีเสื้อ ]
เพื่อให้เห็นภาพลำดับที่ต่อเนื่องกัน ทีมงาน
ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์เฟสสะท้อนสหสัมพันธ์จุด ซึ่งเป็นเทคนิคการถ่ายภาพโดยใช้แสงที่ใช้สนามกระจายของจุดแสงเหนือเป้าหมาย ลำแสงกว้างที่มีความเข้มข้นสามารถทำลายเซลล์ปีกผีเสื้อที่บอบบางได้ แต่วิธีนี้จะสร้างแผนที่สามมิติโดยละเอียดของเกล็ดโดยไม่มีความเสียหายที่เหลือ ผู้เขียนร่วมและวิศวกรชีวภาพ Peter So เปรียบเทียบกล้องจุลทรรศน์สนามแบบจุดกับ “หิ่งห้อยนับพันที่สร้างจุดส่องสว่าง”
ต้องขอบคุณการถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูง
นักวิทยาศาสตร์พบว่าเซลล์เกล็ดของผีเสื้อเรียงกันเป็นแถวอย่างรวดเร็วภายในไม่กี่วันหลังจากดักแด้ เซลล์พัฒนาเป็นเกล็ดปกคลุมซึ่งอยู่บนปีกหรือเกล็ดดินซึ่งเติบโตอยู่ข้างใต้ ในขณะที่เซลล์เติบโตอย่างต่อเนื่อง ทีมวิจัยคาดว่าแต่ละเซลล์จะมีรอยย่นและบีบอัด เหมือนหีบเพลง ในทางกลับกัน แต่ละเซลล์มีลักษณะเป็นคลื่น เหมือนกับลอนบนหลังคาเหล็ก
เทคนิคใหม่เผยให้เห็นว่าปีกผีเสื้อเติบโตเป็นสิ่งมหัศจรรย์ได้อย่างไร
การสแกนเกล็ดปีกของผีเสื้อที่ใกล้การเปลี่ยนแปลงที่สมบูรณ์ ภาพทางด้านซ้ายแสดงให้เห็นว่าเครื่องชั่งสะท้อนแสงได้มากเพียงใด แอนโธนี่ แมคดูกัล และ ซองซัม คัง
ผู้เขียนหวังว่าจะได้ตรวจสอบกลไกของรอยย่นดังกล่าวต่อไป โดยพยายามใช้เกล็ดผีเสื้อเป็นแรงบันดาลใจในการออกแบบวัสดุใหม่ เกล็ดผีเสื้อมีคุณสมบัติที่น่าสนใจอื่นๆ เช่น การกันน้ำและความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการก่อตัวของขนาด ผู้เขียนนำและวิศวกรเครื่องกล Anthony McDougal กล่าวในแถลงการณ์ว่าสามารถช่วย “ให้ทั้งคุณสมบัติด้านสีและการทำความสะอาดตัวเองแก่รถยนต์และอาคารต่างๆ ตอนนี้เราสามารถเรียนรู้จากการควบคุมโครงสร้างของผีเสื้อของวัสดุที่มีโครงสร้างไมโครนาโนที่ซับซ้อนเหล่านี้ได้”
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ใกล้กล้องอินฟราเรด กำลังทดสอบโดยวิศวกรสามคนในชุดป้องกันสีขาวบนโต๊ะโลหะ
เครื่องมือ NIRCam ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์พร้อมสำหรับการจัดส่งแล้ว Lockheed Martin
เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ มีขนาดใหญ่มาก จึงต้องพับส่วนต่างๆ ให้เหมือนโอริกามิเพื่อให้พอดีกับจรวดอาเรียน 5 ขนาด 171 x 18 ฟุต กล้องโทรทรรศน์ Webb ไม่เหมือนกับฮับเบิลในวงโคจรต่ำ เมื่อปล่อยสู่อวกาศจะใช้เวลาประมาณ30 วันในการเดินทางไปยังคอนใหม่ที่ส่วนลึกของจักรวาลก่อนที่จะคลี่คลายในการเต้นรำที่ซับซ้อนเพื่อปรับกระจกของมันบนกาแลคซีอันไกลโพ้น กล้องบนเครื่องบินจะถ่ายฉากต่างๆ ตามลำดับเมื่อกระจกเข้าที่ ดังนั้นทีมที่กลับมายังโลกจึงสามารถปรับเปลี่ยนได้ภายในหนึ่งในพันล้านของเมตร “เราจำเป็นต้องไปให้ถึงเสี้ยวของความยาวคลื่นแสงด้วยความแม่นยำ [ในเซ็นเซอร์]” Feinberg กล่าว “เรารอมานานแล้วที่จะทำเช่นนี้จริงๆ” กระบวนการจัดตำแหน่งจะใช้เวลาประมาณหกเดือน หลังจากนั้น Webb จะเริ่มรวบรวมข้อมูล
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ พับห่อด้วยเงินหุ้มฉนวนแล้วถือไว้บนรถยกในแนวทแยงเพื่อเตรียมจรวด
หลังจากที่มันมาถึงที่ท่าเรือแล้ว Webb ก็ถูกยกขึ้นอย่างระมัดระวังจากภาชนะบรรจุภัณฑ์ในมุมหนึ่ง นี่คือโครงแบบเดียวกับที่กล้องโทรทรรศน์จะใช้เมื่ออยู่ในยานปล่อย ซึ่งก็คือจรวด Ariane 5 คริส กันน์/นาซ่า
ภาพที่ดีที่สุดของ Webb จะเริ่มปรากฏในกลางปี 2022 แต่นาฬิกากำลังเดินต่อไปสำหรับการเดินทางของกล้องโทรทรรศน์ที่คาดการณ์ไว้อย่างสูง ภารกิจนี้ได้รับการออกแบบโดยมีอายุการใช้งานห้าถึง 10 ปี และตำแหน่งที่อยู่ห่างไกลหมายความว่าฮับเบิลไม่เหมือนกับฮับเบิลตรงที่ไม่สามารถซ่อมแซมได้หากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น ดังนั้น มันจะต้องทำงานอย่างไม่มีที่ติทันทีที่แกะกล่อง หลังจากเพ่งมองดูดวงดาวไปไกลกว่าทศวรรษ เวบบ์จะหมดเชื้อเพลิงและกลายเป็นขยะอวกาศมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ แต่ไม่ใช่ก่อนที่มันจะเปลี่ยนวิธีที่เราเห็นตำแหน่งของเราในจักรวาลไปตลอดกาล
