Abstract Vivid structural colors in butterflies are caused by photonic nanostructures scattering light. Structural colors evolved for numerous biological signaling functions and have technological applications. Optically, such structures are well understood, however their development in vivo remains obscure. We show that actin is intimately involved in structural color formation in the butterfly Heliconius sara . Using comparisons between iridescent (structurally colored) and non-iridescent scales in adult and developing H. sara , we show that iridescent scales have more densely packed actin bundles leading to an increased density of reflective ridges. Super-resolution microscopy revealed that actin is repeatedly re-arranged in later development, when optical nanostructures are forming. Furthermore, actin perturbation experiments at these later developmental stages resulted in near total loss of structural color. Overall, this shows that actin plays vital templating roles during structural color formation in butterfly scales, with mechanisms potentially universal across lepidoptera. Teaser The actin cytoskeleton is essential for templating the optical nanostructures responsible for structural color production in butterfly scales. Actin templates the reflective ridges on butterfly scales and is directly involved in forming the color-producing nanostructures within these

Both pigmentary and structural colours share many common elements of their feather anatomy, i.e. keratin, air and melanin packed in the melanosomes, despite utilizing different mechanisms of the colour production. This means that evolutionary transitions between pigmentary and structural colours can be achieved through a simple adjustment of these elements. Recently, an evolutionary hypothesis for the transition between pigmentary grey, through slate and finally to structural blue colour has been proposed and confirmed in the clade Tanagers on a macroevolutionary level. Here, we investigate mechanistic basis of this evolutionary pathway. By using SAXS (small-angle X-ray scattering) we have quantified important elements of spongy layer in medullary cells that is crucial for colour production by coherent scattering of light wavelengths. We have quantified five elements of the spongy layer: nanostructure complexity, average hard block thickness, average soft block thickness, filling fraction and Io value. We report that across different categories of feather colour, i.e. blue, slate and grey, nanostructure complexity, filling fraction and Io value explained variation in the chromatic component of the colour (between the three colour categories). Chromatic variation within the colour category was explained by filling fraction in the case of slate colour and by nanostructure complexity and average hard block thickness in the case of blue colour. We propose that variation in different elements or combination of elements of the spongy nanostructure has been utilised in feather colour evolution, both within and between colour categories, to overcome developmental constraints imposed by self-assembly processes.