Nghiên cứu tập trung vào loài chuồn chuồn kim đuôi xanh Ischnura elegans, vốn sở hữu những gam màu ánh kim rực rỡ như xanh ngọc, xanh lam, xanh lục hoặc đỏ. Những loài côn trùng nhỏ bé này thường xuất hiện bên các vùng nước vào mùa ấm áp và có hình dáng giống những chiếc trực thăng tí hon.
Theo kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings, màu sắc của chuồn chuồn kim không chỉ đến từ sắc tố mà còn được tạo ra nhờ các cấu trúc vi mô đặc biệt gọi là “thủy tinh quang tử” (photonic glass). Đây là những hạt hình cầu siêu nhỏ được sắp xếp ngẫu nhiên, có khả năng tán xạ ánh sáng để tạo nên các màu sắc sống động.
Tuy nhiên, sự khác biệt nhỏ về kích thước của các vi hạt hình cầu này có thể khiến màu sắc trở nên nhạt hoặc thiếu đồng nhất. Để khắc phục điều đó, quá trình tiến hóa đã giúp chuồn chuồn kim phát triển hai cơ chế điều chỉnh độc đáo.
Ở cơ chế thứ nhất, mật độ của các vi hạt hình cầu giảm dần khi kích thước của chúng tăng lên, nhờ đó mỗi hạt vẫn phản xạ cùng một bước sóng màu sắc, tạo nên sự đồng nhất hoàn hảo.
Ở cơ chế thứ hai, các vi hạt hình cầu chứa một sắc tố màu vàng hoạt động như bộ lọc quang học. Sắc tố này hấp thụ các tia sáng không mong muốn, đồng thời làm cho màu sắc chủ đạo trở nên sâu hơn và bão hòa hơn.
Nghiên cứu sinh tiến sĩ Tali Lemcoff, tác giả chính của công trình, nhận định: “Thiên nhiên đã tìm ra cách thức tinh tế để tạo ra những màu sắc hoàn hảo từ các thành phần vốn không hoàn hảo”. Theo bà, những chiến lược tự nhiên này có thể mang lại cảm hứng để phát triển các vật liệu quang học chất lượng cao từ các thành phần hữu cơ bền vững, thay thế cho các hóa chất tổng hợp đang được sử dụng phổ biến hiện nay.
Bà Lemcoff cho biết kết quả nghiên cứu nhiều khả năng cũng áp dụng cho các loài chuồn chuồn kim khác, bởi chúng sở hữu những cấu trúc phản xạ ánh sáng tương tự.
Các nhà khoa học kỳ vọng những hiểu biết mới về cơ chế tạo màu trong tự nhiên sẽ góp phần thúc đẩy sự ra đời của thế hệ vật liệu màu thân thiện với môi trường, bền màu và an toàn hơn, thay thế dần các loại phẩm màu tổng hợp vốn gây nhiều lo ngại về tác động tới sức khỏe và môi trường.
