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Il maschio di Calypte anna, il colibrì di Anna, sfoggia una gola e una corona che virano dal rosa magenta al rosso fuoco a seconda dell'inclinazione della luce. Quel bagliore metallico non nasce da un pigmento: è il risultato di un'architettura microscopica delle piume, studiata già nel 2020 dai biologi del Museo di Storia Naturale di Chicago attraverso microscopia elettronica.
A differenza del rosso di un cardinale, che deriva da carotenoidi assunti con il cibo, il rosso iridescente del colibrì di Anna è un colore strutturale. Sparisce quando l'uccello gira la testa, si accende quando l'angolo è giusto, e può sembrare quasi nero nelle zone d'ombra. È ottica pura, non chimica.
L’architettura delle piume che genera il colore
Ogni piuma iridescente è formata da barbe e barbule, filamenti ancora più sottili che si dipartono lateralmente. Nelle barbule dei colibrì si trovano strutture chiamate melanosomi: piccoli organelli, normalmente responsabili del colore scuro della melanina, che in queste specie hanno però una forma particolarissima. Sono appiattiti come dischi e contengono al loro interno bolle d'aria.
Questi dischi si impilano in strati regolari, uno sopra l'altro, come pagine di un libro. La distanza tra gli strati e lo spessore delle bolle d'aria determinano quali lunghezze d'onda della luce vengono riflesse e quali cancellate per interferenza. È lo stesso principio fisico che fa apparire colorate le macchie d'olio sull'asfalto bagnato o le bolle di sapone.
Perché il colibrì di Anna brilla più di altri
Uno studio pubblicato nel 2020 su Evolution, guidato da Chad Eliason e colleghi del Field Museum di Chicago, ha confrontato le piume iridescenti di 35 specie di colibrì con quelle di altri uccelli dai riflessi metallici, come storni e anatre. I risultati hanno mostrato che i colibrì non hanno inventato melanosomi diversi dagli altri uccelli, ma li hanno organizzati in modo molto più complesso.
Nei colibrì gli strati di melanosomi sono più numerosi e le bolle d'aria al loro interno hanno dimensioni variabili. Questa combinazione amplia la gamma di colori producibili e rende i riflessi più intensi. Nel maschio di Calypte anna, la gola può riflettere fino al 30% della luce incidente in una banda stretta vicino ai 650 nanometri, il rosso profondo percepito dall'occhio umano.
Un segnale direzionale per le femmine
L'iridescenza non è un ornamento passivo. Il colibrì di Anna la usa attivamente durante il corteggiamento, con voli a picco spettacolari in cui il maschio sale fino a 30 metri e poi si lancia verso il basso passando davanti alla femmina posata. Nel punto più basso della picchiata, orientato in modo preciso rispetto al sole, la gola si illumina come un faro.
Studi condotti da Christopher Clark all'Università della California di Riverside hanno mostrato che questi maschi calcolano la traiettoria in modo da far coincidere il lampo rosso con la posizione della femmina. Il colore strutturale permette questo controllo: a differenza di un pigmento, che riflette la luce in tutte le direzioni, l'iridescenza è un segnale con un angolo preferenziale. Funziona come uno specchio, non come una vernice.
Dalla biologia ai materiali artificiali
Capire come i colibrì producano colori così saturi con sole due componenti, melanina e aria, interessa anche chi progetta materiali. I pigmenti sintetici sbiadiscono sotto la luce ultravioletta e molti contengono metalli pesanti. Una superficie strutturata come una piuma di colibrì, se replicata su scala nanometrica, potrebbe generare colori permanenti senza coloranti.
Alcuni laboratori stanno già sperimentando film sottili con nanoparticelle cave ispirate ai melanosomi dei colibrì. Le applicazioni potenziali vanno dai tessuti alle vernici per veicoli, fino agli schermi che non perdono saturazione nel tempo. La natura, in questo caso, ha avuto diversi milioni di anni di vantaggio.
Una lezione di fisica scritta sulle piume
Osservare un maschio di colibrì di Anna che ruota la testa al sole significa assistere a un esperimento di ottica sottile, condotto da un animale che pesa meno di 5 grammi. Ogni barbula è un interferometro biologico, ogni volo di corteggiamento una dimostrazione di come la selezione sessuale possa scolpire strutture sub-micrometriche.
Il rosso che vediamo non esiste nella piuma: è una proprietà emergente della sua geometria. Spostando l'angolo di pochi gradi, quel rosso svanisce e lascia una superficie opaca e scura. È forse il modo più elegante in cui un animale vertebrato ha risolto il problema di farsi notare senza dover ingerire pigmenti costosi.