This blog is part of our colourful countdown to the holiday season where we’re celebrating the diversity and beauty of the natural world. Click here to read the rest of the colour countdown series.

Natalia Cristina García del Museo Argentino de Ciencias Naturales nos lleva en un viaje al espacio y al centro de una pluma para explicar cómo la naturaleza crea colores ultra-reflectivos.

El título que elegí para este blog es un juego de palabras con una de mis historias favoritas de H.P. Lovecraft, El color del espacio, publicado originalmente en 1927. Me encanta encontrar pequeñas conexiones entre los temas que investigo y todo lo relacionado con la cultura popular, y cuando comencé a estudiar de la evolución del color en las aves, inmediatamente se me vino a la mente la historia de Lovecraft sobre un color nuevo y desconocido que llegó del espacio exterior. Debido a ciertas propiedades de los ojos de las aves, su percepción del color es bastante diferente a la nuestra, incluido el hecho de que muchas especies de aves pueden ver la luz ultravioleta, por lo que perciben colores que ningún ser humano ha visto jamás.

Otro aspecto que me fascina son los diferentes mecanismos involucrados en la elaboración de la coloración del plumaje, permitiendo que las aves produzcan una increíble variedad de tonalidades. Los plumajes azules, por ejemplo, son el resultado de la interacción de los rayos de luz con nanoestructuras dentro de las barbas de las plumas. Estas barbas contienen una estructura esponjosa, que consiste en burbujas de aire sumergidas en una matriz de queratina. Dada la forma en que estas burbujas están organizadas espacialmente, los rayos de luz de longitud de onda corta y muy corta son reflejados preferentemente por la superficie de la pluma, mientras que otras longitudes de onda son canceladas o absorbidas por una capa de melanina ubicada debajo de la matriz esponjosa. Me fascinó tanto la idea de que los colores se originaran en el nanoespacio dentro de la pluma, que ayudé a mi colega y amiga Ana Barreira a estudiar la coloración de la Tersina (Tersina viridis) para su tesis doctoral, como un proyecto paralelo mientras estaba haciendo mi propio doctorado. Este hermoso pájaro se puede encontrar posado en lo alto de los árboles de la selva atlántica en América del Sur. Dorsalmente, los machos de esta especie se ven azules o azul verdoso claro dependiendo de la posición relativa del observador y la fuente de luz.

Más recientemente, nos interesamos en estudiar las plumas blancas en el lado ventral de los machos de Tersina. Las plumas blancas en muchas especies tienen una matriz de queratina y aire dentro de sus barbas, pero esta matriz carece de organización estructural, lo que lleva a una dispersión de luz independiente de la longitud de onda. Este podría haber sido el caso de las plumas blancas de la Tersina, pero supusimos que encontraríamos algo diferente. Hace más de una década, colegas de otro laboratorio compararon una pluma azul de un individuo normal de Chara Copetona (Cyanocitta stelleri) con una pluma blanca de un individuo amelanótico de la misma especie (un individuo que tuvo un plumaje de color normal y luego mudó a un plumaje completamente blanco). Descubrieron que las barbas de ambas plumas contenían la estructura esponjosa normal y bien formada que se esperaba que produjera una coloración azul. Sin embargo, la falta de melanina fue la clave de la coloración del individuo blanco. De manera análoga, imaginamos que las plumas blancas de la Tersina carecerían de melanina pero no diferirían drásticamente de las plumas azules en su nanoestructura.

Con colegas del Museo Argentino de Ciencias Naturales y del Departamento de Física de la Universidad de Buenos Aires, exploramos cómo la nanoestructura de las plumas se combina con otros elementos (pigmentos y forma de las barbas) en los plumajes de diferentes colores de la Tersina. Examinamos la morfología de las plumas de color azul verdoso de la espalda y las plumas blancas del vientre de esta especie, y medimos la reflectancia de luz de ambos tipos de plumas. Primero notamos que las plumas del vientre no son uniformemente blancas, sino que tienen un toque de color azul verdoso claro en sus puntas. Curiosamente, encontramos que ambos parches de plumaje tienen un pico de reflectancia de luz alrededor de 550 nm (percibido justamente como un tono azul verdoso por los humanos), pero este pico es mucho menos intenso en el vientre. Y, como esperábamos, encontramos que las barbas de las plumas azules y blancas tienen matrices esponjosas similares en sus puntas, en consonancia con sus espectros de reflectancia similares. ¿Por qué se ven tan diferentes entonces? Las principales diferencias entre las plumas azules y blancas no es la organización de la matriz esponjosa en si, sino su distribución (uniforme a través de las barbas de las plumas azules, reducidas hacia el raquis o eje central de la pluma en las plumas blancas) y la falta total de melanina en las plumas blancas.

Desde el punto de vista del desarrollo de un individuo, esto es interesante porque todavía no sabemos mucho sobre cómo las aves logran producir plumas de diferentes colores en sus cuerpos. Nuestros resultados contribuyen a la idea de que grandes diferencias de color, como entre azul y blanco, no requieren cambios drásticos en la nanoestructura interna que refleja la luz, sino que pueden lograrse mediante la regulación de la deposición de pigmentos y/o de la proporción de matriz esponjosa presente. Desde una perspectiva evolutiva, todavía estamos tratando de comprender si el color de las aves comunica información sobre su calidad individual a los competidores y posibles parejas y cómo lo hace. Una idea muy extendida es que la producción de colores brillantes y llamativos puede resultar costosa. Sin embargo, creo que ciertas líneas de evidencia desafían esta idea. Por ejemplo, sabemos que las plumas negras en algunas subespecies de Maluros (Malurus sp.) contienen altas cantidades de melanina enmascarando una nanoestructura que produciría la misma coloración azul que exhiben otras poblaciones de la misma especie. Esto me hace pensar, si la matriz esponjosa de las plumas es costosa de producir, ¿por qué “desperdiciarla” en plumas que terminarían luciendo blancas o negras por falta o exceso de melanina? Nuestros resultados, junto con otros estudios, señalan que el contenido de melanina puede cambiar rápidamente entre poblaciones, especies y parches de plumaje, lo que sugiere que estos pigmentos son clave para comprender la diversidad de colores observados en las aves, incluidas aquellas cuya producción se atribuye a nanoestructuras.