蝴蝶因?yàn)槠涑岚蛏献兓喽?、絢爛美好的花紋而使人著迷,。這也讓生物學(xué)家們感到疑惑：蝴蝶令人眼花繚亂的顏色是如何形成的，又有什么不同意義呢,？最近,，荷蘭格羅寧根大學(xué)物理學(xué)博士希拉爾多(Marco Giraldo)發(fā)現(xiàn)了解決這個(gè)問(wèn)題的通道。在研究了菜粉蝶和其他蝴蝶翅膀的表面后,，希拉爾多揭示了這個(gè)秘密：翅膀上的納米結(jié)構(gòu)正是蝴蝶的“色彩工廠”,。“每日科學(xué)”等科學(xué)網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道了相關(guān)消息。
兩層鱗粉結(jié)構(gòu)
19世紀(jì)英國(guó)博物學(xué)家亨利·貝茲花了11年時(shí)間在亞馬孫河收集到了14000多種動(dòng)物標(biāo)本,，其中也包括多種蝴蝶,。他曾經(jīng)這樣說(shuō)：了解這些動(dòng)物能幫助我們揭示生命的力量。而蝴蝶,，這種被認(rèn)為淺薄輕佻的昆蟲(chóng)則將成為生物學(xué)中最有價(jià)值的精靈,。
如今，人類發(fā)現(xiàn)的蝴蝶品種已經(jīng)超過(guò)了17000個(gè),。它們中的絕大部分都有與眾不同的翅膀,，有的似精美的刺繡，有的如閃爍的彩屏,。研究表明，蝴蝶翅膀上炫目的色彩來(lái)自一種微小的鱗片狀物質(zhì),，它們就像圣誕樹(shù)上小小的彩燈,，在光線的照耀下能折射出斑斕的色彩,。
和電腦顯示屏的成像原理一樣，蝴蝶也是用單色斑點(diǎn)組成一幅完整的圖案,，每一個(gè)有色的鱗片來(lái)自一個(gè)細(xì)胞,。它在整幅圖案中扮演一個(gè)像素。細(xì)胞上的顏色來(lái)自細(xì)胞內(nèi)的類黃酮,、黑色素等化學(xué)物質(zhì),。這些細(xì)胞也有壽命，它死亡以后,，那些曾經(jīng)絢麗的顏色也隨之消逝,。
研究發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅膀上構(gòu)成圖案的細(xì)胞在其幼蟲(chóng)時(shí)期就已經(jīng)存在,。20世紀(jì)70年代,，英國(guó)科學(xué)家菲德里克·萊奧特通過(guò)對(duì)一個(gè)幼蟲(chóng)進(jìn)行的微型手術(shù)證明了這一點(diǎn)。萊奧特研究的非洲彩蝶有一對(duì)漂亮的翅膀,，其花紋看上去活像一對(duì)公牛的眼睛,。萊奧特說(shuō)，那樣的花紋在蝴蝶還是蛹的時(shí)候就已經(jīng)露出了端倪,。
希拉爾多則強(qiáng)調(diào),，蝴蝶翅膀上的顏色其實(shí)就是一個(gè)身份標(biāo)志。不同顏色的翅膀,，讓形色萬(wàn)千的蝴蝶能在很遠(yuǎn)的地方就識(shí)別出同伴,，甚至辨別出對(duì)方是雄是雌。那么,，蝴蝶是如何擁有這些漂亮的色彩呢,？希拉爾多將研究對(duì)象瞄準(zhǔn)了菜粉蝶。
這種屬于鱗翅目粉蝶科的菜粉蝶體型中等,，體長(zhǎng)15-19mm,，翅展35-55mm。受到不同生活環(huán)境的影響,，不同菜粉蝶身上的色澤有深淺的變化,，斑紋也會(huì)有大有小。通常來(lái)說(shuō),，在高溫下生長(zhǎng)的個(gè)體,，翅面上的黑斑色深顯著而翅里的黃鱗色澤鮮艷；反之在低溫條件下發(fā)育成長(zhǎng)的個(gè)體則黑鱗少而斑形小,，或完全消失,。
當(dāng)然，這位物理學(xué)家以菜粉蝶作為研究對(duì)象的原因是，它們擁有的色素顏色單一,。通過(guò)電子顯微鏡的觀察,，他發(fā)現(xiàn)這些菜粉蝶翅膀的結(jié)構(gòu)非常奇特。希拉爾多發(fā)現(xiàn),，盡管不同種類的蝴蝶,，鱗粉結(jié)構(gòu)不同，但彼此之間還是有共同特征,。一般來(lái)說(shuō),，蝴蝶翅膀由兩層僅有3至4微米厚的鱗片組成，上面一層鱗片像微小的屋瓦一樣交替,，每個(gè)鱗片的構(gòu)造也很復(fù)雜,。而下一層則比較光滑。蝴蝶翅膀這種井然有序的安排形成了所謂的光子晶體,，也就是納米結(jié)構(gòu),。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，蝴蝶翅膀能捕捉光線,，僅讓某種波長(zhǎng)的光線透過(guò),。這便決定了不同的顏色。
還能區(qū)別雌雄
此前的研究資料可以為這項(xiàng)結(jié)論提供佐證：在2005年,，科學(xué)研究人員在非洲發(fā)現(xiàn)一種蝴蝶,，其翅膀鱗粉中所含的物質(zhì)，就與利用最新納米技術(shù)開(kāi)發(fā)出的發(fā)光二極管材料具有相同的晶體結(jié)構(gòu),。不過(guò),，更重要的是，希拉爾多還發(fā)現(xiàn),，這種納米結(jié)構(gòu)不僅讓蝴蝶擁有了不同的顏色,，同時(shí)也能區(qū)別出性別。在菜粉蝶群落中,，由于“種族”的不同,，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些奇怪的現(xiàn)象。比如日本菜粉蝶,，雌雄易辨,，而歐洲的菜粉蝶，雄粉蝶經(jīng)常找錯(cuò)對(duì)象,。這也是蝴蝶翅膀上的納米結(jié)構(gòu)在“作祟”,。
鱗粉能將逃逸的光線高效折射回表面。這種獨(dú)特結(jié)構(gòu),，能使光折射率各異的物質(zhì)在納米層次有規(guī)則地排列,，從而高效地讓特定顏色的光透過(guò)或者將其“攔截”。日本菜粉蝶雄雌個(gè)體之間，色素構(gòu)成有著細(xì)微的區(qū)別,。雌性日本菜粉蝶缺少一種特殊的色素顆粒,，而這種色素顆粒是利于吸收紫外線的。由于這一缺失,，菜粉蝶翅膀的納米結(jié)構(gòu)反映出的色彩就會(huì)有差異，因循著這一線索,，雄性個(gè)體很快就能找到它們的伴侶,。
