來源: 數字北京科學中心
審核專家:李維陽 知名科普作家
憑借斑斕的色彩和翩翩舞姿,自古以來,蝴蝶就是文人墨客筆下的寵兒。蝴蝶屬于鱗翅目,在分類學上可以被稱為“蝴蝶”的鱗翅目昆蟲大約有一萬八千多種。
鱗翅目的“鱗翅”,顧名思義就是在翅膀上有無數微小的鱗片。我們看到的五顏六色的蝴蝶翅膀以及上面的圖案就是由這些微小的鱗片排列而成的。
在人們的印象中,蝴蝶都有著美麗的翅膀。然而在中、南美洲生活著一些與眾不同的蝴蝶,它們褪去華麗的外衣,透明的翅膀和周圍環境融為一體,遠遠看上去像“隱身”了一樣。
在眾多擁有透明翅膀的蝴蝶中,有一種蝴蝶可以說非常典型,它就是玻璃翼蝶。
擁有“玻璃”翅膀的蝴蝶
玻璃翼蝶(Greta morgane oto或Greta oto),中文正式名為寬紋黑脈綃蝶,屬鳳蝶總科下的蛺蝶科,綃蝶族(Ithomiini),黑脈綃蝶屬。因翅膀透明如同玻璃一般而得名。有趣的是,盡管被叫作“玻璃翼蝶”,但它們的翅膀邊緣并不透明,一般多為深棕色,紅色或橙色以及黑色。
玻璃翼蝶體形較小,翅展一般約為5.6到6.1厘米,主要生活在中南美洲的墨西哥、巴拿馬和哥倫比亞一帶。玻璃翼蝶會進行遷徙,它們遷徙的距離很遠,所以有時候也可以在更北部的佛羅里達看到它們的蹤影。
我們常見的蝴蝶的翅膀上附有許多細小的鱗片和鱗毛,而綃蝶族中的許多種類,翅膀上都具有沒有鱗片覆蓋的區域,翅脈間大多也是沒有顏色的薄膜組織。
大面積的透明翅膀加上細小纖瘦的身體,讓玻璃翼蝶在密林中飛行的時候仿佛像一個幻影,難以被其他生物發現。它們就是靠著這種天然的偽裝術,讓敵人看不清它們到底在哪,赤裸裸地在光天化日之下逃避敵人雙眼的。
其實,當玻璃翼蝶的幼蟲羽化成蝶時,翅膀上的透明部分是有少量鱗片的。但在之后逐漸干燥的過程中,這些鱗片會慢慢脫落,最后變成僅有薄薄一層,如玻璃般的透明翅膀。
透明翅膀的秘密是什么?
其實人們看到玻璃翼蝶的時候都很好奇為什么它們的翅膀如此特殊,于是就有了很多天馬行空的想象,例如關于透明翅膀蝴蝶的美麗傳說。
相傳很久以前,在一座山谷中生活著一群可以看懂彼此內心的透明翅膀的蝴蝶。后來一位魔法師路過,告訴它們不懂隱藏自己的內心是會吃虧的,并給這些蝴蝶喝下了藥水,之后蝴蝶的翅膀就不再是完全透明的了。
當然傳說只是傳說,多年來,科學家一直試圖解開玻璃翼蝶透明翅膀的秘密,美國芝加哥大學海洋生物學實驗室的演化與發育生物學家Nipam Patel就是其中之一。
今年發表在《實驗生物學雜志》的一項研究中,Nipam Patel和他的研究團隊,通過飼養玻璃翼蝶,并追蹤記錄翅膀的完整發育過程,發現了透明翅膀的秘密。
Nipam Patel的研究團隊發現,玻璃翼蝶翅膀的鱗片不僅更少,而且它們還能將鱗片轉化為剛毛,從而讓光線更容易穿透翅膀。
通過顯微鏡進一步觀察,這些剛毛之間存在著許多小突起,它們被稱為“納米柱”,這些納米柱上還附著了一層蠟。這些納米柱和蠟也是讓玻璃翼蝶翅膀“隱身”的好幫手。
納米柱使翅膀的表面粗糙,讓光線向四面八方反射,形成漫反射,降低反光;而納米柱上的蠟,因為密度大于空氣,能夠減緩光穿透翅膀的速度,速度的降低又降低了眩光,也一定程度上減少了反光。這種納米柱就如同一層保護膜,把玻璃翼蝶的翅膀保護起來,也就解釋了為什么玻璃翼蝶的翅膀是透明的。
玻璃翼蝶的透明翅膀,不僅保護了自己,也給人類科研帶來啟發。
現在,很多飛機的機翼上也采用了類似的特殊納米結構。這種結構在明亮的陽光照射下能有效地防止眩光。光線照射到機翼上的納米結構陣列上時,光線不會被陣列反射,而是直接穿過。這與玻璃翼蝶的透明翅膀原理幾乎一致。
早在幾百萬年前,玻璃翼蝶就已經進化成為“隱身”高手,如果我們對玻璃翼蝶了解更多一點,或許就能從中找到如何創造新型納米結構的啟發。
我們不妨發揮自己的想象力去大膽想象一下,玻璃翼蝶的這種特殊的抗反射特性,是否能應用到我們的日常生活中,比如研制特殊的反射眼鏡。我們在燈光下看手機時,屏幕特別容易反光,如果把玻璃翼蝶翅膀的不完全反射光線的特點,應用到屏幕上,會怎么樣呢?
也許在不久的將來,科學家還能解開玻璃翼蝶更多的秘密,能夠把它們的特點,應用于我們的日常生活。
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