Bướm cánh kính Greta oto: vì sao cánh trong suốt mà không loá

Bướm cánh kính (Greta oto) là loài bướm ở Trung và Nam Mỹ có phần lớn diện tích cánh trong suốt như kính, chỉ viền nâu sẫm và một vệt trắng ở chóp cánh. Cánh trong được vì vảy ở vùng đó biến thành những sợi lông mảnh thưa thớt, còn màng cánh được phủ một lớp trụ nano xếp ngẫu nhiên giúp chống phản chiếu, khiến cánh gần như không loá sáng dù nhìn từ góc nào. Bên cạnh nguỵ trang, bướm trưởng thành còn tích luỹ chất độc từ thực vật để kẻ săn mồi chê.

Đôi cánh như ô cửa sổ

Greta oto phân bố từ Mexico qua Trung Mỹ xuống phía bắc Nam Mỹ, sống ở rừng ẩm nhiệt đới và rừng mây. Sải cánh khoảng 5,5–6 cm. Khi bay qua khoảng rừng, gần như chỉ thấy đường viền nâu sẫm lướt đi, như một khung cửa sổ biết bay. Khi đậu trên lá, màu xanh của lá hiện xuyên qua cánh, và con bướm hoà vào nền.

Ở Tây Ban Nha nói tại Mỹ Latinh, nó có tên dân gian là espejitos, nghĩa là "những chiếc gương nhỏ", có lẽ vì ánh lấp loáng của cánh trong những lúc trời nắng.

Cánh bướm thường có màu nhờ đâu

Để hiểu vì sao cánh Greta oto trong suốt là chuyện lạ, cần nhớ cánh bướm bình thường được làm thế nào. Cánh bướm là một lớp màng mỏng bằng kitin, phủ kín hàng nghìn chiếc vảy nhỏ xếp chồng như ngói lợp. Mỗi chiếc vảy mang sắc tố hoặc có cấu trúc vi mô tạo màu. Đó là lý do khi chạm vào cánh bướm, tay ta dính một lớp "bột" màu: chính là vảy bị tróc ra. Tên khoa học của bộ Cánh vảy, Lepidoptera, nghĩa là "cánh có vảy".

Ở bướm cánh kính, phần cánh trong suốt vẫn có vảy, nhưng vảy bị biến đổi hoàn toàn.

Hai bí mật của cánh kính

Vảy biến thành lông mảnh

Năm 2021, nhóm của Aaron Pomerantz và Nipam Patel (khi đó ở Đại học California, Berkeley và Phòng thí nghiệm Sinh học Biển Woods Hole) công bố nghiên cứu theo dõi sự phát triển cánh Greta oto từ giai đoạn nhộng. Họ thấy ở vùng trong suốt, mật độ vảy thấp hơn nhiều so với vùng viền sẫm, và vảy ở đó mọc thành hai kiểu: lông mảnh dựng đứng như sợi tơ, và vảy hẹp nhỏ. Những sợi lông này che rất ít diện tích, để phần lớn màng cánh trần.

Lớp trụ nano chống loá

Màng cánh trần vẫn chưa đủ. Một tấm màng kitin trơn sẽ phản chiếu ánh sáng như mặt kính cửa sổ, tạo ra những vệt loá lộ con bướm. Bí mật thứ hai nằm ở bề mặt màng: một lớp những trụ siêu nhỏ, cao vài trăm nanomet, xếp lộn xộn. Nghiên cứu năm 2021 cho thấy những trụ này được tạo nên từ lớp sáp phủ trên bề mặt.

Năm 2015, Radwanul Hasan Siddique, Guillaume Gomard và Hendrik Hölscher (Viện Công nghệ Karlsruhe, Đức) công bố trên Nature Communications kết quả đo phản xạ của cánh Greta oto. Cánh chỉ phản xạ khoảng 2% ánh sáng nhìn thấy, và giữ mức thấp khi góc nhìn nghiêng lớn. Điều quan trọng là các trụ nano không đều nhau về chiều cao và khoảng cách; mô phỏng cho thấy chính sự ngẫu nhiên này giúp chống phản chiếu trên dải góc rộng tốt hơn kiểu xếp đều.

Trong suốt và có độc: hai lớp bảo vệ

Greta oto thuộc tộc Ithomiini, một nhóm bướm ở châu Mỹ nhiệt đới mà rất nhiều loài có cánh trong suốt một phần. Sâu non của chúng ăn lá cây thuộc họ Cà, như các loài chi Cestrum, vốn chứa chất có độc. Bướm đực trưởng thành còn tìm tới một số loài hoa, đặc biệt trong họ Cúc, để hút các hợp chất alkaloid pyrrolizidine. Các chất này vừa giúp bướm khó ăn với chim, vừa được con đực dùng để tạo pheromone thu hút con cái.

Vì vậy, cánh trong suốt ở bướm cánh kính không phải tấm khiên duy nhất. Nó giúp bướm khó bị phát hiện từ xa, còn nếu bị bắt thì vị đắng và độc làm kẻ săn mồi nhớ đời. Nhiều loài Ithomiini có hoa văn tương tự nhau, tạo thành những "vòng bắt chước" (mimicry ring): các loài cùng có độc trông giống nhau, nên chim chỉ cần học một lần là tránh được cả nhóm. Đây là kiểu bắt chước Müller, đặt theo tên nhà tự nhiên học Fritz Müller.

Những loài cánh kính khác

• Các bướm tộc Ithomiini khác: hàng trăm loài ở châu Mỹ nhiệt đới, nhiều loài có ô cánh trong viền cam, đen, vàng.
• Bướm đêm cánh kính (họ Sesiidae): có mặt ở nhiều nơi trên thế giới, kể cả châu Á. Cánh trong suốt, thân sọc vàng đen, trông giống ong vò vẽ. Ở đây cánh trong là để bắt chước ong chứ không phải để vô hình.
• Bướm ngài nhộng có ô cửa sổ: nhiều loài ngài lớn có những ô trong suốt nhỏ trên cánh, thường đóng vai "mắt" hoặc làm rối đường viền.
• Chuồn chuồn, ve sầu, ong: cánh vốn trong suốt từ đầu vì không có vảy; ve sầu cũng có cấu trúc nano trên cánh, được nghiên cứu vì khả năng diệt khuẩn và chống thấm.

Từ cánh bướm tới màn hình điện thoại

Các kỹ sư quan tâm tới bướm cánh kính vì một bài toán thường ngày: màn hình và mặt kính loá sáng khi ra nắng. Lớp chống phản chiếu thông thường trên kính mắt, ống kính máy ảnh chỉ hoạt động tốt ở một dải góc và bước sóng nhất định. Cấu trúc trụ nano ngẫu nhiên trên cánh Greta oto gợi ý cách làm bề mặt chống loá trên dải góc rộng. Một số nhóm nghiên cứu đã chế tạo thử bề mặt chống phản chiếu lấy cảm hứng từ cánh bướm này, hướng tới ứng dụng như kính quang học, pin mặt trời, màn hình. Đây vẫn chủ yếu ở mức phòng thí nghiệm.

Góc nhìn hôm nay

Bướm cánh kính là một trong những loài được các vườn bướm ở châu Âu, Bắc Mỹ trưng bày nhiều nhất, vì nó gây ấn tượng ngay lần đầu thấy. Ở Việt Nam không có Greta oto hoang dã, nhưng có các loài bướm đêm cánh kính họ Sesiidae, có thể gặp ở vườn cây, bìa rừng.

• Thử nghiệm nhỏ: đặt một miếng kính phẳng và một miếng kính chống loá (như mắt kính có phủ lớp chống phản chiếu) dưới đèn, nghiêng dần và so độ loá. Bạn sẽ thấy vì sao chống phản chiếu quan trọng với một con vật muốn "biến mất".
• Không chạm vào cánh bướm khi gặp ở vườn bướm. Vảy tróc ra không mọc lại.
• Đọc thêm: bài của Siddique và cộng sự (2015) trên Nature Communications, và các bài tường thuật của Phòng thí nghiệm Sinh học Biển Woods Hole về nghiên cứu năm 2021.