¿Cómo le hacen los camaleones para cambiar de color?

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Por Juan C. Molina

Hace tiempo se tenia la creencia de que los camaleones cambiaban de color para poder camuflarse de tal forma que pondrían en vergüenza a las fuerzas especiales de cualquier país. Sin embargo, hoy en día ya sabemos que los camaleones, en general, no cambian de color de acuerdo con el ambiente sino que lo hacen en concordancia con lo que sienten, tanto fisiológicamente como emocionalmente. Un ejemplo del caso fisiológico es lo que siente el cuerpo cuando sube o baja la temperatura o si es de mañana o de noche. En el caso emocional es cuando por ejemplo uno reacciona a una situación de peligro, es decir se asusta. Pues resulta que los camaleones responden a estos estímulos cambiando el color de su piel, son muy emocionales estos animalitos, pero ¿cómo lo logran?

A diferencia de nosotros que nos ponemos colorados cuando nos avergonzamos debido a un gran flujo de sangre en nuestra cara, los camaleones tienen células pigmentarias especializadas en varias capas de su dermis. Los camaleones pueden tener una gran variedad de colores, por ejemplo el camaleón Pantera es capaz de cambiar su piel a 25 colores diferentes.

Sin embargo, a pesar de saber que los camaleones tiene una increíble variedad de pigmentos en su piel no es suficiente para entender como cambian de color los camaleones, hasta que llegaron al rescate nuestros amigos los físicos.

Hasta hace unos años se creía que el cambio de color en estos reptiles era consecuencia de la dispersión o agregación de los organelos en la piel que contienen los pigmentos. Pero sucede que unos científicos suizos, apenas en 2014, al estudiar la piel de estos reptiles descubrieron que tenían unas estructuras dentro de su piel que se asemejan mucho a algo que los físicos ya llevan un buen rato estudiando, los cristales fotónicos.

Y ahora ¿que es un cristal fotónico? Estos se parecen un poco a los cristales que conocemos donde la imagen que se tiene es de bolitas unidas con palitos donde cada bolita representa un átomo, estas son estructuras ordenadas que tienen cierta periodicidad. En el caso de los cristales fotónicos estos no están hechos de átomos. Vamos a intentar describir uno, por ejemplo imagínate un tablero, como los de ajedrez, pero que se extienda mas allá de lo que puedes ver sin importar en que dirección dirijas la mirada, si recuerdas bien los cuadros se van alternando entre oscuro y claro; ahora imagina que los cuadros son lo suficientemente grandes para que puedas estar parado en uno de los cuadros, que te parece si nos paramos en un cuadro oscuro, para moverte al siguiente cuadro oscuro (sin hacerlo en diagonal) tienes que pasar por un cuadro claro para luego llegar al cuadro oscuro. Si miras alrededor veras que no hay ninguna diferencia con respecto a lo que veías parado en el cuadro oscuro anterior. Lo anterior seguiría pasando si en vez de usar como ejemplo los cuadros oscuros hubiéramos usados los cuadros claros. Por tanto, podemos decir que el tablero tiene periodicidad de un cuadro de distancia, ya que es lo que nos tenemos que mover para volver a ver lo mismo. Para tener la imagen completa de un cristal solo falta imaginar que en ves de solo cuadros tenemos columnas (se puede ayudar con la imagen para tener una referencia). Este es la característica de un cristal, pueden ser de una, dos o tres dimensiones. El tablero es ejemplo de uno de dos dimensiones.

Cuando hablamos de cristales lo primero que se nos viene a la mente son las piedras preciosas, como el diamante, que son cristales tridimensionales. Estos cristales están hechos de átomos, los cuales son tan pequeños que no podemos ver a simple vista como están ordenados, pero los cristales fotónicos no son pequeños como estos cristales, en comparación son enormes, del tamaño de nanómetros. Para nosotros sigue siendo pequeño pero para un átomo esas distancias son enormes. Los cristales fotónicos se parecen mucho a los de la imagen, donde lo oscuro y lo claro indican que ahí va un material con diferente permitividad eléctrica, que no es otra cosa que la resistencia que se opone a la formación de un campo eléctrico en un medio, en nuestro caso el material con el que construimos nuestro cristal fotónico.

Ahora ya podemos decir porque se les da el adjetivo de fotónicos. Cuando uno tiene una estructura cristalina de materiales con diferente permitividad eléctrica la luz al entrar al cristal puede que modifique el camino que recorre  dentro del cristal; en vez de que pase de largo por el cristal, puede que la luz gire, se quede atrapada o inclusive que no pueda entrar al cristal y se refleje como si se tratara de un espejo. Todas estas propiedades dependerán de la periodicidad y estructura del material.

Pues resulta que la piel de los camaleones funciona como un cristal fotónico hecho de moléculas de guanina. Un camaleón, al sentir algo, su cuerpo reacciona cambiando la periodicidad de la estructura de su cristal hecho de guanina, y de esa forma cambia la longitud de onda de la luz  reflejada por su piel, que es lo que determina el color de la luz. Por tanto, los colores que vemos de un camaleón es la combinación de los pigmentos de su piel con la luz reflejada debido sus cristales fotónicos integrados. Conforme va cambiando la periodicidad del cristal fotónico del camaleón vemos como va cambiando de color.

Lo más impresionante es que los camaleones no tienen solo un tipo de cristal fotónico sino dos. El que describimos es el que usan para cambiar de color pero tiene otra capa de cristal fotónico mas profundo en la piel con la cual reflejan la luz infrarroja y de esa manera no acalorarse. ¡Si que son muy ingeniosos estos animales!

De hecho los camaleones no son los únicos seres vivos con cristales fotónicos integrados. Esta el caso del zafiro de mar que prácticamente es un cristal fotónico viviente, todo su cuerpo es una estructura cristalina con la cual es capaz de incluso hacerse ¡invisible!

El campo de los cristales fotónicos es un tema de frontera en física por sus posibles aplicaciones tecnológicas, tanto en el Instituto de Física de la BUAP (IFUAP) hay varios doctores y estudiantes que trabajan en el estudio y diseño de cristales fotónicos.

Quien diría que nos podemos enterar de tantas cosas solo por querer saber porque los camaleones cambian de color.

Mientras la vida me lo permita, seguiré escribiendo y escuchando buenas rolas. * De fondo suena 'Two Steps, Twice', de Foals *

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