蝴蝶因為其翅膀上變化多端,、絢爛美好的花紋而使人著迷。這也讓生物學家們感到疑惑：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，荷蘭格羅寧根大學物理學博士希拉爾多(Marco Giraldo)發(fā)現(xiàn)了解決這個問題的通道,。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”等科學網(wǎng)站近日報道了相關(guān)消息,。 

兩層鱗粉結(jié)構(gòu)

19世紀英國博物學家亨利·貝茲花了11年時間在亞馬孫河收集到了14000多種動物標本，其中也包括多種蝴蝶,。他曾經(jīng)這樣說：了解這些動物能幫助我們揭示生命的力量,。而蝴蝶，這種被認為淺薄輕佻的昆蟲則將成為生物學中最有價值的精靈,。

如今,，人類發(fā)現(xiàn)的蝴蝶品種已經(jīng)超過了17000個。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自一種微小的鱗片狀物質(zhì),，它們就像圣誕樹上小小的彩燈，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組成一幅完整的圖案，每一個有色的鱗片來自一個細胞,。它在整幅圖案中扮演一個像素,。細胞上的顏色來自細胞內(nèi)的類黃酮、黑色素等化學物質(zhì),。這些細胞也有壽命,，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)成圖案的細胞在其幼蟲時期就已經(jīng)存在,。20世紀70年代，英國科學家菲德里克·萊奧特通過對一個幼蟲進行的微型手術(shù)證明了這一點,。萊奧特研究的非洲彩蝶有一對漂亮的翅膀,，其花紋看上去活像一對公牛的眼睛。萊奧特說,，那樣的花紋在蝴蝶還是蛹的時候就已經(jīng)露出了端倪。

希拉爾多則強調(diào),，蝴蝶翅膀上的顏色其實就是一個身份標志,。不同顏色的翅膀，讓形色萬千的蝴蝶能在很遠的地方就識別出同伴,，甚至辨別出對方是雄是雌,。那么，蝴蝶是如何擁有這些漂亮的色彩呢,？希拉爾多將研究對象瞄準了菜粉蝶,。

這種屬于鱗翅目粉蝶科的菜粉蝶體型中等，體長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,，斑紋也會有大有小,。通常來說，在高溫下生長的個體,，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)育成長的個體則黑鱗少而斑形小，或完全消失,。

當然,，這位物理學家以菜粉蝶作為研究對象的原因是，它們擁有的色素顏色單一,。通過電子顯微鏡的觀察,，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,。一般來說,，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，每個鱗片的構(gòu)造也很復雜,。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),。通過這種結(jié)構(gòu),，蝴蝶翅膀能捕捉光線，僅讓某種波長的光線透過,。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結(jié)論提供佐證：在2005年，科學研究人員在非洲發(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,，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,，同時也能區(qū)別出性別,。在菜粉蝶群落中，由于“種族”的不同,，有時也會出現(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)常找錯對象。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或者將其“攔截”,。日本菜粉蝶雄雌個體之間，色素構(gòu)成有著細微的區(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)反映出的色彩就會有差異,，因循著這一線索，雄性個體很快就能找到它們的伴侶。