September 12, 2012

POINTILLIST STRUCTURAL COLOR IN POLLIA FRUIT

 
"Pointillist structural color in Pollia fruit". S. Vignolini, P. J. Rudall, A. V. Rowland, A. Reed, E. Moyroud, R. B. Faden, J. J. Baumberg, B. J. Glover, U. Streiner. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA. In press. DOI:

Biological communication by means of structural color has existed for at least 500 million years. Structural color is commonly observed in the animal kingdom, but has been little studied in plants. We present a striking example of multilayer-based strong iridescent coloration in plants, in the fruit of Pollia condensata. The color is caused by Bragg reflection of helicoidally stacked cellulose microfibrils that form multilayers in the cell walls of the epicarp. We demonstrate that animals and plants have convergently evolved multilayer-based photonic structures to generate colors using entirely distinct materials. The bright blue coloration of this fruit is more intense than that of any previously described biological material. Uniquely in nature, the reflected color differs from cell to cell, as the layer thicknesses in the multilayer stack vary, giving the fruit a striking pixelated or pointillist appearance. Because the multilayers form with both helicoidicities, optical characterization reveals that the reflected light from every epidermal cell is polarized circularly either to the left or to the right, a feature that has never previously been observed in a single tissue. 

La comunicación biológica por medio de color estructural ha existido por al menos 500 millones de años. El color estructural se observa comúnmente en el reino animal, pero ha sido poco estudiado en las plantas. Se presenta un impactante ejemplo de una fuerte coloración iridiscente en plantas, basada en arreglos multicapas, en la fruta Pollia condensata. El color es provocado por una reflexión tipo Bragg de las microfibras de celulosa apiladas helicoidalmente, las cuales forman multicapas en las paredes celulares del epicarpio. Se demuestra que los animales y las plantas han desarrollado convergentemente estructuras fotónicas hechas de multicapas para la generación de colores, utilizando materiales completamente distintos. La coloración azul brillante de esta fruta es más intensa que la de cualquier otro material biológico descrito previamente. Único en la naturaleza, el color reflejado difiere de célula a célula, conforme cambia el espesor de las capas en el arreglo multicapa, dando a la fruta una apariencia fuertemente pixelada o puntillista. Debido a que las multicapas se forman con ambas helicidades, la caracterización óptica muestra que la luz reflejada de cada célula de la epidermis está circularmente polarizada, ya sea a la izquierda o a la derecha, una característica que nunca antes se había observado en tejido alguno.

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